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DE10392702B4 - Electrically conductive fluid distribution element with electrically conductive coating, method for its production and fuel cells with the fluid distribution element - Google Patents

Electrically conductive fluid distribution element with electrically conductive coating, method for its production and fuel cells with the fluid distribution element Download PDF

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DE10392702B4
DE10392702B4 DE10392702T DE10392702T DE10392702B4 DE 10392702 B4 DE10392702 B4 DE 10392702B4 DE 10392702 T DE10392702 T DE 10392702T DE 10392702 T DE10392702 T DE 10392702T DE 10392702 B4 DE10392702 B4 DE 10392702B4
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fluid distribution
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Yang-Tse Rochester Hills Cheng
Mahmoud H. Warren Abd Elhamid
Youssef M. Sterling Heights Mikhail
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Motors Liquidation Co
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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines elektrisch leitenden Fluidverteilungselements, mit den Schritten, dass:
ein Substrat vorgesehen wird;
das Substrat mit einem Ionenstrahl gereinigt wird; und
eine elektrisch leitende Beschichtung auf dem Substrat durch PVD auf eine Dicke von weniger als 100 nm abgeschieden wird,
wobei das Reinigen und das Abscheiden im Wesentlichen simultan ausgeführt werden.
A method of manufacturing an electrically conductive fluid distribution element comprising the steps of:
a substrate is provided;
the substrate is cleaned with an ion beam; and
depositing an electrically conductive coating on the substrate by PVD to a thickness of less than 100 nm,
wherein the cleaning and the deposition are carried out substantially simultaneously.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft Brennstoffzellen und insbesondere elektrisch leitende Fluidverteilungselemente und deren Herstellung für derartige Brennstoffzellen.The The present invention relates to fuel cells and more particularly electrically conductive fluid distribution elements and their production for such fuel cells.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Brennstoffzellen sind als eine Energie- bzw. Antriebsquelle für Elektrofahrzeuge und andere Anwendungen vorgeschlagen worden. Eine bekannte Brennstoffzelle ist die Brennstoffzelle mit Protonenaustauschmembran (PEM), die eine sogenannte "Membranelektrodenanordnung" mit einem dünnen Festpolymermembranelektrolyten umfasst, der auf einer Seite des Membranelektrolyten eine Anode und auf der entgegengesetzte Seite des Membranelektrolyten eine Kathode umfasst. Die Membranelektrodenanordnung ist schichtartig zwischen einem Paar elektrisch leitender Fluidverteilungselemente angeordnet, die als Stromkollektoren für die Anode und Kathode dienen. Es sind Strömungsfelder bzw. Gasverteilerfelder zur Verteilung der gasförmigen Reaktanden der Brennstoffzelle über die Oberflächen der jeweiligen Anode und Kathode vorgesehen. Die elektrisch leitenden Fluidverteilungselemente können selbst einen Teil des Strömungsfeldes in der Form geeigneter Kanäle und Öffnungen darin zur Verteilung der gasförmigen Reaktanden der Brennstoffzelle (d. h. H2 und O2) über die Oberflächen der jeweiligen Anode und Kathode bilden.Fuel cells have been proposed as a power source for electric vehicles and other applications. A known fuel cell is the proton exchange membrane (PEM) fuel cell, which comprises a so-called "membrane electrode assembly" comprising a thin solid polymer membrane electrolyte having an anode on one side of the membrane electrolyte and a cathode on the opposite side of the membrane electrolyte. The membrane electrode assembly is sandwiched between a pair of electrically conductive fluid distribution elements that serve as current collectors for the anode and cathode. Flow fields or gas distributor fields are provided for distributing the gaseous reactants of the fuel cell over the surfaces of the respective anode and cathode. The electrically conductive fluid distribution elements may themselves form part of the flow field in the form of suitable channels and openings therein for distributing the gaseous reactants of the fuel cell (ie, H 2 and O 2 ) across the surfaces of the respective anode and cathode.

Ein Brennstoffzellenstapel umfasst eine Vielzahl der in elektrischer Reihe aneinander gestapelten Membranelektrodenanordnungen. Die Membranelektrodenanordnungen sind voneinander durch die undurchlässigen, elektrisch leitenden Fluidverteilungselemente getrennt, die auch als bipolare Platten bzw. Bipolplatten bekannt sind. Die bipolare Platte besitzt zwei Hauptflächen, von denen eine zu der Anode einer Zelle und die andere Fläche zu der Kathode der nächsten benachbarten Zelle in dem Stapel weist. Die Platte leitet elektrischen Strom zwischen den benachbarten Zellen. Kontaktelemente an den Enden des Stapels stehen nur mit den Endzellen in Kontakt und werden daher als Endplatten bezeichnet.One Fuel cell stack includes a plurality of in electrical Row of stacked membrane electrode assemblies. The membrane electrode assemblies are separated from each other by the impermeable, electrically conductive Fluid distribution elements separated, which also as bipolar plates or Bipolar plates are known. The bipolar plate has two major surfaces, from one to the anode of one cell and the other to the surface Cathode of the next has adjacent cell in the stack. The plate conducts electrical Electricity between the neighboring cells. Contact elements at the ends of the stack are only in contact with the end cells and therefore become referred to as end plates.

In einer PEM-Brennstoffzellenumgebung, die H2 und O2 (optional Luft) verwendet, stehen die bipolaren Platten und andere Kontaktelemente (beispielsweise Endplatten) in ständigem Kontakt mit sauren Lösungen (pH 3–5) und arbeiten bei erhöhten Temperaturen in der Größenordnung von 60 Grad Celsius bis 100 Grad Celsius. Überdies arbeitet die Kathode in einer stark oxidierenden Umgebung, während sie Druckluft ausgesetzt ist. Die Anode ist beständig einer harten Umgebung von unter Druck stehendem Wasserstoff ausgesetzt. Daher bestehen viele der herkömmlichen Kontaktelemente aus Metall und müssen gegenüber Säuren, Oxidation wie auch Wasserstoffversprödung in der Brennstoffzellenumgebung beständig sein. Metalle, die diese Kriterien erfüllen, sind jedoch teuer.In a PEM fuel cell environment using H 2 and O 2 (optionally air), the bipolar plates and other contact elements (eg, end plates) are in constant contact with acid solutions (pH 3-5) and operate at elevated temperatures of the order of 60 degrees Celsius to 100 degrees Celsius. Moreover, the cathode operates in a highly oxidizing environment while exposed to compressed air. The anode is consistently exposed to a harsh environment of pressurized hydrogen. Therefore, many of the conventional contact elements are made of metal and must be resistant to acids, oxidation as well as hydrogen embrittlement in the fuel cell environment. However, metals that meet these criteria are expensive.

Leichtmetalle, wie beispielsweise Aluminium und Titan und deren Legierungen, wie auch rostfreier Stahl sind zur Verwendung bei der Herstellung bipolarer Platten von Brennstoffzellen vorgeschlagen worden. Derartige Metalle sind besser leitend und können in sehr dünne Platten geformt werden. Unglücklicherweise sind derartige Leichtmetalle anfällig gegenüber Korrosion in der rauhen Brennstoffzellenumgebung, und daraus hergestellte bipolare Platten lösen sich entweder (beispielsweise in dem Fall von Aluminium) oder bilden Passivierungsoxidfilme mit hohem elektrischem Widerstand auf ihrer Oberfläche (beispielsweise in dem Fall von Titan, rostfreiem Stahl und Aluminium), der den Innenwiderstand der Brennstoffzelle erhöht und ihre Leistungsfähigkeit verringert. Um dieses Problem zu lösen, ist vorgeschlagen worden, die bipolaren Platten aus Leichtmetall mit einer Kombination aus Schichten zu beschichten, die sowohl elektrisch leitfähig als auch korrosionsbeständig sind, um dadurch das darunterliegende Metall zu schützen. Siehe beispielsweise Li et al., RE 37,284 E, die auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen ist.Light metals, such as aluminum and titanium and their alloys, such as stainless steel is also more bipolar for use in manufacturing Plates of fuel cells have been proposed. Such metals are more conductive and can in very thin Plates are formed. Unfortunately Such light metals are susceptible to corrosion in the harsh fuel cell environment, and made of it loosen bipolar plates either (for example in the case of aluminum) or form Passivation oxide films with high electrical resistance on their Surface (for example in the case of titanium, stainless steel and aluminum) containing the Internal resistance of the fuel cell increases and reduces their efficiency. To solve this problem, has been proposed, the bipolar plates made of light metal to coat with a combination of layers that are both electric conductive as well as corrosion resistant are to thereby protect the underlying metal. Please refer For example, Li et al., RE 37,284 E assigned to the assignee of transmitted to the present invention is.

Diese lagenartigen Beschichtungen sind jedoch teuer aufgrund der Dicke, die auf den Platten abgeschieden werden muss, um diese vor Korrosion zu schützen. Ein anderer Nachteil besteht darin, dass sich die Eigenschaften dieser dicken Schichten verschlechtern, während sie hohen Stapelkompressionsdrücken ausgesetzt werden, wodurch die Korrosionsbeständigkeit verringert wird.These however, sheet-like coatings are expensive due to the thickness, which must be deposited on the plates to prevent them from corrosion protect. Another disadvantage is that the properties These thick layers degrade while exposed to high stack compression pressures which reduces corrosion resistance.

Aus der DE 100 58 337 A1 ist ein insbesondere als bipolare Platte in einer Brennstoffzelle verwendbares Blechprodukt bekannt, dass auf wenigstens einer Seite eine leitfähige und korrosionsbeständige Schutzbeschichtung aus einem Metalloxid aufweist.From the DE 100 58 337 A1 For example, it is known to use a sheet metal product that can be used, in particular, as a bipolar plate in a fuel cell, that has on at least one side a conductive and corrosion-resistant protective coating of a metal oxide.

In der WO 00/590551 A2 wird ein Bauteil, wie eine Polplatte oder ein Zellrah men für eine Brennstoffzelle, offenbart, welches auf zumindest einer Stelle und/oder Seite eine Edelmetallbeschichtung aufweist, wobei die gemittelte Dicke der Edelmetallbeschichtung maximal 0,1 μm beträgt und die Edel metallbeschichtung diskrete Leitungspfade und/oder Leitungsinseln umfasst.In the WO 00/590551 A2 discloses a component, such as a pole plate or a Zellrah men for a fuel cell, which has a noble metal coating on at least one location and / or side, wherein the average thickness of the noble metal coating is 0.1 microns and the precious metal coating discrete conduction paths and / or pipeline islands.

Aus der WO 02/27838 A2 ist eine Brennstoffzelle vom Protonenaustauschmembrantyp bekannt, welche ein Fluidverteilungselement umfasst, welches aus Plastik, rostfreiem Stahl, Nickelschaum und dergleichen mit einer darauf aufgebrachten Edelmetallbeschichtung mit einer Dicke von 0,5 bis 2 μm bestehen kann.From the WO 02/27838 A2 For example, a proton exchange membrane type fuel cell is known which comprises a fluid distribution element which made of plastic, stainless steel, nickel foam and the like with a noble metal coating having a thickness of 0.5 to 2 μm applied thereto.

Es besteht daher ein Bedarf nach einer bipolaren Platte, die leicht und kostengünstig hergestellt werden kann, die korrosionsbeständig ist, wie auch einen hohen Grad an Leitfähigkeit besitzt.It There is therefore a need for a bipolar plate that is light and cost-effective can be made, which is resistant to corrosion, as well as a high Degree of conductivity has.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung sieht ein elektrisch leitendes Fluidverteilungselement für eine Brennstoffzelle vor, das ein elektrisch leitendes Substrat mit einer ersten und zweiten Hauptfläche, ein Strömungsfeld an der ersten Fläche zur Verteilung von Fluid entlang der ersten Fläche und eine elektrisch leitende Beschichtung an der ersten Fläche umfasst, die ein Edelmetall oder eine Verbindung, die ein Edelmetall enthält, umfasst. Dabei soll das Edelmetall aus Ru, Rh, Pd, Ag, Ir, Pt und Os und bevorzugt aus Au wie auch deren Mischungen gewählt werden.The The present invention provides an electrically conductive fluid distribution element for a fuel cell vor, which is an electrically conductive substrate having a first and second main surface, a flow field on the first surface for distributing fluid along the first surface and an electrically conductive one Coating on the first surface comprises, which comprises a noble metal or a compound containing a noble metal. Here, the precious metal of Ru, Rh, Pd, Ag, Ir, Pt and Os and preferably from Au as well as their mixtures are selected.

Die Beschichtung ist relativ dünn und besitzt eine Dicke von weniger als 100 nm, besser weniger als 80 nm, noch besser weniger als 50 nm, bevorzugt 20 nm und liegt am bevorzugtesten in einem Bereich von 10 bis 20 nm. Die Beschichtung ist ebenfalls bevorzugt relativ glatt, wenn sie durch ionenstrahlunterstützte PVD (engl. physical vapour deposition; physikalische Gasphasenabscheidung) aufgebracht wird.The Coating is relatively thin and has a thickness of less than 100 nm, better less than 80 nm, more preferably less than 50 nm, preferably 20 nm and is most preferably in a range of 10 to 20 nm. The coating is also preferably relatively smooth when supported by ion beam assisted PVD (physical vapor deposition, physical vapor deposition) is applied.

Die vorliegende Erfindung sieht auch ein Verfahren zur ionenstrahlunterstützten PVD zur Beschichtung des elektrisch leitenden Fluidverteilungselements mit der leitenden Beschichtung aus Edelmetall sowie eine das erfindungsgemäße Fluidverteilungselement aufweisende Brennstoffzelle vor.The The present invention also provides a method of ion beam assisted PVD for coating the electrically conductive fluid distribution element with the conductive coating of precious metal and a fluid distribution element according to the invention fuel cell.

Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend detaillierter beschrieben. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung wie auch die spezifischen Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.Further Areas of application of the present invention are more detailed below described. It should be understood that the detailed description as well as the specific examples, while being the preferred embodiment specify the invention, for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen: The The present invention will now be described by way of example only to the accompanying drawings, in which:

1 eine schematische Explosionsansicht eines PEM-Brennstoffzellenstapels (es sind nur zwei Zellen gezeigt) ist; 1 a schematic exploded view of a PEM fuel cell stack (there are only two cells shown);

2 eine Explosionsansicht eines beispielhaften elektrisch leitenden Fluidverteilungselements ist, das mit PEM-Brennstoffzellenstapeln verwendet werden kann; 2 Figure 11 is an exploded view of an exemplary electrically conductive fluid distribution element that may be used with PEM fuel cell stacks;

3 eine Schnittansicht in der Richtung von 3-3 von 2 ist; 3 a sectional view in the direction of 3-3 of 2 is;

4 ein vergrößerter Abschnitt der bipolaren Platte von 3 ist; 4 an enlarged portion of the bipolar plate of 3 is;

5 ein teilweiser Schnitt einer bipolaren Platte ist, die ein dünnes Substrat mit Strömungsfeldern aus geschäumtem Metall, die an dessen beiden Seiten angebracht sind, aufweist; 5 Fig. 10 is a partial section of a bipolar plate having a thin substrate with foamed metal flow fields mounted on both sides thereof;

6a ein teilweiser Schnitt einer bipolaren Platte wie in 5 ist, wobei die Innen- und Außenflächen des Schaums mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet sind; 6a a partial section of a bipolar plate as in 5 is, wherein the inner and outer surfaces of the foam are coated with an electrically conductive material;

6b ein teilweiser Schnitt einer bipolaren Platte wie in 5 ist, bei der nur die Außenflächen des Schaums mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet sind; 6b a partial section of a bipolar plate as in 5 in which only the outer surfaces of the foam are coated with an electrically conductive material;

7 ein teilweiser Schnitt einer bipolaren Platte ist, die aus einem Verbundstoff elektrisch leitender Partikel besteht, die in einer mit einem elektrisch leitenden Material beschichteten Bindermatrix verteilt sind; 7 is a partial section of a bipolar plate, which consists of a composite of electrically conductive particles which are distributed in a binder matrix coated with an electrically conductive material;

8a ein teilweiser Schnitt einer bipolaren Platte ist, die aus einem Verbundstoff besteht, der kontinuierlich leitende Partikel, die in einer Rindermatrix verteilt sind, umfasst; 8a is a partial section of a bipolar plate consisting of a composite comprising continuously conductive particles dispersed in a bovine matrix;

8b ein teilweiser Schnitt einer bipolaren Platte wie in 8a ist, die mit einem elektrisch leitenden Material beschichtet ist; 8b a partial section of a bipolar plate as in 8a is coated with an electrically conductive material;

9 eine Darstellung einer Vorrichtung zu ionenstrahlunterstützten PVD ist, die dazu verwendet wird, die bipolaren Platten mit dem elektrisch leitenden Material zu beschichten; 9 Figure 12 is an illustration of an ion beam assisted PVD apparatus used to coat the bipolar plates with the electrically conductive material;

10a und 10b Vergleiche von Beschichtungen zeigen, die durch ein Verfahren zur ionenstrahlunterstützten PVD wie auch durch ein galvanisches Verfahren hergestellt wurden; 10a and 10b Show comparisons of coatings made by a process of ion beam assisted PVD as well as by a galvanic process;

11a und 11b Rasterkraftmikroskopbilder wie auch Rauhigkeitsanalysen sind, die Beschichtungen vergleichen, die durch ein Verfahren zur ionenstrahlunterstützen PVD wie auch ein Galvanisierverfahren hergestellt sind; 11a and 11b Atomic force microscopy images as well as roughness analyzes are comparing coatings made by a process for ion beam assisted PVD as well as a plating process;

12 ein Schaubild ist, das einen Kontaktwiderstand zeigt, der durch die elektrisch leitende Beschichtung der vorliegenden Erfindung wie auch durch eine Beschichtung nach dem Stand der Technik erreicht wird; 12 Figure 12 is a graph showing a contact resistance caused by the electrically conductive coating of the present invention as well achieved by a coating according to the prior art;

13 ein Polarisierungsschaubild ist, das eine Zellenspannung in Abhängigkeit einer Stromdichte und einem Kontaktwiderstand zeigt, der durch eine elektrisch leitende Beschichtung auf rostfreiem Stahl der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu einem unbeschichteten Substrat aus rostfreiem Stahl wie auch Poco-Graphit erhalten wird; 13 Fig. 12 is a polarizing graph showing a cell voltage versus a current density and a contact resistance obtained by an electroconductive stainless steel coating of the present invention as compared with an uncoated stainless steel substrate as well as poco-graphite;

14 ein Schaubild ist, das Korrosionsströme zeigt, während das Potenzial zyklisch zwischen +0,4 und +0,6 V (gegenüber Ag/AgCl) in einer belüfteten Lösung bei 80 Grad Celsius geändert wurde; und 14 is a graph showing corrosion currents while the potential was cyclically changed between +0.4 and +0.6 V (vs. Ag / AgCl) in a vented solution at 80 degrees Celsius; and

15 ein Schaubild ist, das einen potentiostatischen Übergang einer Probe aus rostfreiem Stahl, die mit 10 nm Gold beschichtet wurde, bei einem angelegten Potenzial von +0,6 V (Ag/AgCl) in einer belüfteten simulierten Brennstoffzellenlösung zeigt, die bei 80 Grad Celsius betrieben wurde. 15 Figure 12 is a graph showing a potentiostatic transition of a stainless steel sample coated with 10 nm gold at an applied potential of +0.6 V (Ag / AgCl) in a vented simulated fuel cell solution operating at 80 degrees Celsius has been.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION THE PREFERRED EMBODIMENTS

Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.The The following description of the preferred embodiments is merely exemplary nature and not intended to the invention, their Application or their use.

1 zeigt einen bipolaren Brennstoffzellenstapel 2 mit zwei Zellen und mit einem Paar Membranelektrodenanordnungen (MEAs) 4 und 6, die voneinander durch ein elektrisch leitendes Fluidverteilungselement 8 getrennt sind, das nachfolgend als bipolare Platte bzw. Bipolplatte 8 bezeichnet ist. Die MEAs 4 und 6 wie auch die bipolare Platte 8 sind zusammen zwischen Klemmplatten aus rostfreiem Stahl oder Endplatten 10 und 12 und Endkontaktelementen 14 und 16 gestapelt. Die Endkontaktelemente 14 und 16 wie auch beide Arbeitsseiten der bipolaren Platte 8 umfassen eine Vielzahl von Nuten oder Kanälen 18, 20, 22 bzw. 24 zur Verteilung von Brennstoff- und Oxidationsmittelgasen (d. h. H2 und O2) an die MEAs 4 und 6. Nichtleitende Dichtungen 26, 28, 30 und 32 sehen Abdichtungen bzw. Versiegelungen wie auch eine elektrische Isolierung zwischen den verschiedenen Komponenten des Brennstoffzellenstapels vor. Gasdurchlässige leitende Materialien umfassen typischerweise Kohlenstoff-/Graphit-Diffusionspapiere 34, 36, 38, und 40, die an die Elektrodenseiten der MEAs 4 und 6 gepresst werden. Die Endkontaktelemente 14 und 16 werden an die Kohlenstoff-/Graphit-Papiere 34 bzw. 40 gepresst, während die bipolare Platte 8 an das Kohlenstoff-/Graphit-Papier 36 auf der Anodenseite der MEA 4 und an das Kohlenstoff-/Graphit-Papier 38 an der Kathodenseite der MEA 6 gepresst wird. Sauerstoff wird an die Kathodenseite des Brennstoffzellenstapels von einem Speichertank 46 über eine geeignete Versorgungsverrohrung 42 geliefert, während Wasserstoff an die Anodenseite der Brennstoffzelle von einem Speichertank 48 über eine geeignete Versorgungsverrohrung 44 geliefert wird. Alternativ dazu kann Umgebungsluft an die Kathodenseite als eine Sauerstoffquelle und Wasserstoff an die Anode von einem Methanol- oder Benzinreformer oder dergleichen geliefert werden. Es ist auch eine Austragsverrohrung (nicht gezeigt) für sowohl die H2- als auch O2-Seiten der MEAs 4 und 6 vorgesehen. Eine zusätzliche Verrohrung 50, 52 und 54 ist zur Lieferung von flüssigem Kühlmittel an die bipolare Platte 8 und die Endplatten 14 und 16 vorgesehen. Eine geeignete Verrohrung zum Austrag von Kühlmittel von der bipolaren Platte 8 und den Endplatten 14 und 16 ist ebenfalls vorgesehen, jedoch nicht gezeigt. 1 shows a bipolar fuel cell stack 2 with two cells and with a pair of membrane electrode assemblies (MEAs) 4 and 6 separated from each other by an electrically conductive fluid distribution element 8th are separated, the following as a bipolar plate or bipolar plate 8th is designated. The MEAs 4 and 6 as well as the bipolar plate 8th are together between stainless steel clamp plates or end plates 10 and 12 and end contact elements 14 and 16 stacked. The end contact elements 14 and 16 as well as both working sides of the bipolar plate 8th include a plurality of grooves or channels 18 . 20 . 22 respectively. 24 for distributing fuel and oxidant gases (ie, H 2 and O 2 ) to the MEAs 4 and 6 , Non-conductive seals 26 . 28 . 30 and 32 provide seals as well as electrical insulation between the various components of the fuel cell stack. Gas permeable conductive materials typically include carbon / graphite diffusion papers 34 . 36 . 38 , and 40 attached to the electrode sides of the MEAs 4 and 6 be pressed. The end contact elements 14 and 16 are added to the carbon / graphite papers 34 respectively. 40 pressed while the bipolar plate 8th to the carbon / graphite paper 36 on the anode side of the MEA 4 and to the carbon / graphite paper 38 on the cathode side of the MEA 6 is pressed. Oxygen is delivered to the cathode side of the fuel cell stack from a storage tank 46 via a suitable supply piping 42 while delivering hydrogen to the anode side of the fuel cell from a storage tank 48 via a suitable supply piping 44 is delivered. Alternatively, ambient air may be supplied to the cathode side as an oxygen source and hydrogen to the anode from a methanol or gasoline reformer or the like. It is also a discharge tubing (not shown) for both the H 2 and O 2 sides of the MEAs 4 and 6 intended. An additional piping 50 . 52 and 54 is for supplying liquid coolant to the bipolar plate 8th and the end plates 14 and 16 intended. A suitable piping for the discharge of coolant from the bipolar plate 8th and the endplates 14 and 16 is also provided, but not shown.

2 ist eine Explosionsdarstellung einer beispielhaften bipolaren Platte 56, die gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Die bipolare Platte 56 umfasst eine erste Außenmetalllage 58, eine zweite Außenmetalllage 60 und eine Innenabstandsmetalllage 62 zwischen der ersten Metalllage 58 und der zweiten Metalllage 60. Die Außenmetalllagen 58 und 60 sind so dünn wie möglich ausgebildet und werden durch Stanzen oder ein anderes herkömmliches Verfahren zum Formen von tafelartigem Metall bzw. Blech geformt. Die Außenlage 58 besitzt eine erste Arbeitsseite 59 auf ihrer Außenseite, die einer Membranelektrodenanordnung (nicht gezeigt) gegenüberliegt, und ist so ausgebildet, dass ein Strömungsfeld 57 vorgesehen wird. Das Strömungsfeld 57 ist durch eine Vielzahl von Stegen 64 definiert, die dazwischen eine Vielzahl von Nuten 66 definieren, welche das "Strömungsfeld" bzw. "Gasverteilerfeld" bilden, durch das die Reaktandengase der Brennstoffzelle (d. h. H2 oder O2) in einem mäanderartigen Pfad von einer Seite 68 der bipolaren Platte zu ihrer anderen Seite 70 strömen. Wenn die Brennstoffzelle vollständig zusammengebaut ist, werden die Stege 64 an das poröse Material, nämlich die Kohlenstoff-/Graphit-Papiere 36 oder 38, gepresst, die ihrerseits an die MEAs 4 und 6 gepresst werden. Der Einfachheit halber zeigt 2 lediglich zwei Gruppierungen aus Stegen und Nuten. In Wirklichkeit bedecken die Stege und Nuten die gesamten Außenseiten der Metalllagen 58 und 60, die mit dem Kohlenstoff-/Graphit-Papieren 36 und 38 in Eingriff stehen. Das Reaktandengas wird an Nuten 66 von einem Verteiler 72 geliefert, der entlang einer Seite 68 der Brennstoffzelle angeordnet ist, und verlässt die Nuten 66 über einen anderen Verteiler 74, der benachbart der gegenüberliegenden Seite 70 der Brennstoffzelle angeordnet ist. Wie am besten in 3 zu sehen ist, umfasst die Unterseite der Lage 58 eine Vielzahl von Rippen 76, die dazwischen eine Vielzahl von Kanälen 78 definieren, durch die Kühlmittel während des Betriebs der Brennstoffzelle strömt. Wie in 3 zu sehen ist, liegt unter jedem Steg 64 ein Kühlmittelkanal 78, während unter jeder Reaktandengasnut 66 eine Rippe 76 liegt. Alternativ dazu könnte die Lage 58 flach ausgebildet sein und das Strömungsfeld in einer separaten Materiallage geformt sein. 2 is an exploded view of an exemplary bipolar plate 56 which can be used according to a first embodiment of the present invention. The bipolar plate 56 includes a first outer metal layer 58 , a second outer metal layer 60 and an inner clearance metal layer 62 between the first metal layer 58 and the second metal layer 60 , The outer metal layers 58 and 60 are formed as thin as possible and are formed by punching or other conventional method of forming sheet-like metal or sheet metal. The outer layer 58 has a first work page 59 on its outside, which faces a membrane electrode assembly (not shown), and is configured to form a flow field 57 is provided. The flow field 57 is through a variety of jetties 64 defines, in between a multitude of grooves 66 defining the "flow field" through which the reactant gases of the fuel cell (ie, H 2 or O 2 ) travel in a meandering path from one side 68 the bipolar plate to its other side 70 stream. When the fuel cell is completely assembled, the webs become 64 to the porous material, namely the carbon / graphite papers 36 or 38 , pressed, in turn, to the MEAs 4 and 6 be pressed. For simplicity's sake 2 only two groups of bars and grooves. In fact, the lands and grooves cover the entire outside of the metal layers 58 and 60 that with the carbon / graphite papers 36 and 38 engage. The reactant gas is at grooves 66 from a distributor 72 delivered along one side 68 the fuel cell is arranged, and leaves the grooves 66 via another distributor 74 that is adjacent to the opposite side 70 the fuel cell is arranged. How best in 3 can be seen, includes the bottom of the location 58 a variety of ribs 76 , which in between a variety of channels 78 define, by the coolant during operation of the fuel cell is flowing. As in 3 can be seen, lies under each jetty 64 a coolant channel 78 while under each reactant gas groove 66 a rib 76 lies. Alternatively, the location could be 58 be formed flat and the flow field be formed in a separate layer of material.

Die Metalllage 60 ist ähnlich der Lage 58. Die Innenseite 61 der Lage 60 ist in 2 gezeigt. Diesbezüglich ist eine Vielzahl von Rippen 80 gezeigt, die dazwischen eine Vielzahl von Kanälen 82 definieren, durch die Kühlmittel von einer Seite 69 der bipolaren Platte zu der anderen 71 strömt. Ähnlich der Tafel 58, und wie am besten in 3 zu sehen ist, besitzt die Außenseite der Lage 60 eine Arbeitsseite 63. Die Lage 60 ist so ausgebildet, dass ein Strömungsfeld 65 vorgesehen wird. Das Strömungsfeld 65 wird durch eine Vielzahl von Stegen 84 daran definiert, die eine Vielzahl von Nuten 86 definieren, welche das Strömungsfeld 65 bilden, durch das die Reaktandengase strömen. Eine Innenmetallabstandslage 62 ist zwischen den Außenlagen 58 und 60 positioniert und umfasst eine Vielzahl von Öffnungen 88 darin, um zu ermöglichen, dass Kühlmittel zwischen den Kanälen 82 in der Lage 60 und den Kanälen 78 in der Lage 58 strömen kann, wodurch laminare Grenzschichten aufgebrochen werden und eine Turbulenz bewirkt wird, die eine Wärmeübertragung mit den Innenseiten 90 und 92 der Außenlagen 58 bzw. 60 steigert. Somit bilden die Kanäle 78 und 82 jeweilige Kühlmittelströmungsfelder an dem durch die Lagen 58 und 60 definierten Innenvolumen.The metal layer 60 is similar to the situation 58 , The inside 61 the situation 60 is in 2 shown. In this regard, a variety of ribs 80 shown in between a variety of channels 82 define, by the coolant from one side 69 the bipolar plate to the other 71 flows. Similar to the blackboard 58 , and how best in 3 can be seen owns the outside of the location 60 a work page 63 , The location 60 is designed to be a flow field 65 is provided. The flow field 65 is through a variety of webs 84 Defined by a variety of grooves 86 define which the flow field 65 through which the reactant gases flow. An inner metal spacer layer 62 is between the outer layers 58 and 60 positioned and includes a plurality of openings 88 in order to allow coolant between the channels 82 in a position 60 and the channels 78 in a position 58 can flow, whereby laminar boundary layers are broken and a turbulence is caused, which is a heat transfer with the insides 90 and 92 the outer layers 58 respectively. 60 increases. Thus, the channels form 78 and 82 respective coolant flow fields at the through the layers 58 and 60 defined internal volume.

4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnittes von 3 und zeigt die Rippen 76 an der ersten Lage 58 und die Rippen 80 an der zweiten Lage 60, die durch ein Bindemittel 85 mit der Abstandslage 62 verbunden sind. 4 is an enlarged view of a section of 3 and shows the ribs 76 at the first location 58 and the ribs 80 at the second location 60 by a binder 85 with the distance position 62 are connected.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, und wie am besten in 4 zu sehen ist, sind die Arbeitsseiten 59 und 63 der bipolaren Platte mit einer elektrisch leitenden, oxidationsbeständigen wie auch säurebeständigen Beschichtung 94 bedeckt, die ein Edelmetall umfasst, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Ru, Rh, Pd, Ag, Ir, Au, Pt und Os besteht. Die bevorzugte Beschichtung ist Gold (Au). Die Dicke der Beschichtung 94 ist kleiner als 80 nm, bevorzugt kleiner als 50 nm und beträgt am bevorzugtesten 10 bis 20 nm. Optional dazu können die Innenseiten 90 und 92 der Lagen 58 und 60 ebenfalls mit einer Beschichtung 94 bedeckt sein (nicht gezeigt).According to the present invention, and as best in 4 can be seen, are the work pages 59 and 63 the bipolar plate with an electrically conductive, oxidation-resistant as well as acid-resistant coating 94 which comprises a noble metal selected from the group consisting of Ru, Rh, Pd, Ag, Ir, Au, Pt and Os. The preferred coating is gold (Au). The thickness of the coating 94 is less than 80 nm, preferably less than 50 nm, and most preferably 10 to 20 nm. Optionally, the insides 90 and 92 the layers 58 and 60 also with a coating 94 be covered (not shown).

Eine andere Möglichkeit besteht darin, lediglich die Stege 64, 84 und nicht die Nuten 66, 86 der Lagen 58 bzw. 60 zu beschichten. Somit sind nur benachbarte elektrisch leitende Flächen in Kontakt miteinander beschichtet.Another possibility is just the bars 64 . 84 and not the grooves 66 . 86 the layers 58 respectively. 60 to coat. Thus, only adjacent electrically conductive surfaces are coated in contact with each other.

Bei einer ersten Ausführungsform umfasst ein die Lagen 58 und 60 bildendes Metallsubstrat ein korrosionsanfälliges Metall, wie beispielweise Aluminium, Titan oder rostfreier Stahl. Die Beschichtung 94 wird direkt auf die Lagen 58 und 60 aufgebracht.In a first embodiment, one includes the layers 58 and 60 forming metal substrate is a corrosion-prone metal, such as aluminum, titanium or stainless steel. The coating 94 gets directly to the layers 58 and 60 applied.

Bei einer zweiten Ausführungsform ist in 5 eine Schnittansicht eines anderen elektrisch leitenden Fluidverteilungselements 100 gezeigt. Das Element 100 ist mit einer dünnen Substratlage 102 aufgebaut, die geschäumte Strömungsfelder 106 besitzt. Diese bipolare Platte weist eine dünne Barrierelage 102 bevorzugt bestehend aus einer massiven Titanmetalllage auf, wobei Schaum 106 (etwa einen halben bis etwa 3 Millimeter dick) durch Schweißen oder Hartlöten an ihren beiden Seiten angebracht ist. Die Lage 102 bildet die Gasbarriere, und der Schaum 106 bildet die Fluidströmungsfelder. Wie zu sehen ist, besitzt der Schaum 106 gegenüberliegende Hauptflächen 110 und 111. Der Schaum 106 besitzt eine Hauptfläche 110, die zu der Metalllage 102 weist, und eine andere Hauptfläche 111 gegenüber 110. Typischerweise weist die Hauptfläche 111 zu der MEA. Wie in den 5 und 6 zu sehen ist, bildet die Hauptfläche 111 die Außenfläche des elektrisch leitenden Elementes 100. Schäume können als Metallschäume oder auf Kohlenstoff basierende Schäume hergestellt werden. Metalle, die als ein fester Schaum hergestellt werden können, umfassen Kupfer, Aluminium, Nickel, Titan, Silber und rostfreien Stahl, wobei die bevorzugten Metalle Nickel und rostfreier Stahl sind. Es ist eine Vielzahl geschäumter Metalle von AstroMet mit Sitz in Cincinnati, Ohio erhältlich. Verfahren zur Herstellung dieser Metallschäume sind in dem U.S. Patent Nr. 4,973,358 beschrieben. Auf Kohlenstoff basierende Schäume sind von Ultra Met erhältlich. Bei einem Aspekt wird die Edelmetallbeschichtung 94 auf die Lage 102 aufgebracht, wie in 5 zu sehen ist.In a second embodiment is in 5 a sectional view of another electrically conductive fluid distribution element 100 shown. The element 100 is with a thin substrate layer 102 built up, the foamed flow fields 106 has. This bipolar plate has a thin barrier layer 102 preferably consisting of a solid titanium metal layer, wherein foam 106 (about one-half to about 3 millimeters thick) by welding or brazing on both sides. The location 102 forms the gas barrier, and the foam 106 forms the fluid flow fields. As you can see, the foam has 106 opposite main surfaces 110 and 111 , The foam 106 has a main surface 110 leading to the metal layer 102 points, and another major surface 111 across from 110 , Typically, the main surface faces 111 to the MEA. As in the 5 and 6 can be seen forms the main surface 111 the outer surface of the electrically conductive element 100 , Foams can be made as metal foams or carbon based foams. Metals that can be made as a solid foam include copper, aluminum, nickel, titanium, silver, and stainless steel, with the preferred metals being nickel and stainless steel. A variety of foamed metals are available from AstroMet, based in Cincinnati, Ohio. Processes for producing these metal foams are in the U.S. Patent No. 4,973,358 described. Carbon based foams are available from Ultra Met. In one aspect, the noble metal coating becomes 94 on the location 102 applied, as in 5 you can see.

Bei anderen Aspekten der zweiten Ausführungsform variiert die Beschichtung 94 des Substrates 102 und des Schaums 106 abhängig von deren jeweiligen Eigenschaften. Abhängig von dem Aufbaumaterial wie auch der Anordnung des Substrates 102 und des Schaums 106 kann es geeignet sein, alle Oberflächen des Substrates 102 zu beschichten, wenn eine Metalllage verwendet wird. In dem Fall von Metallschäumen besteht die Möglichkeit, alle Innen- und Außenflächen des Schaums 106 zu beschichten, oder besteht die Möglichkeit, nur einige der Oberflächen zu beschichten. Es sei angemerkt, dass der hier beschriebene Schaum 106 ein offenzelliger Schaum ist. Dies zeigt, dass kontinuierliche Strömungspfade oder -kanäle durch den Schaum 106 hindurch vorhanden sind, die durch miteinander in Verbindung stehende Öffnungen oder Poren erzeugt werden, die durch die Dicke des Schaums 106 hindurch zueinander offen sind. Die Außenflächen 109 des Schaums 106 beziehen sich auf die vorher erwähnten Hauptflächen, wie beispielsweise 110 und 111, die durch Oberflächenporen ausgebildete Öffnungen umfassen. Die Innenflächen des Schaums sind Oberflächen, die durch die internen Öffnungen oder Poren 108 gebildet werden, wie in 5 gezeigt ist.In other aspects of the second embodiment, the coating varies 94 of the substrate 102 and the foam 106 depending on their respective properties. Depending on the construction material as well as the arrangement of the substrate 102 and the foam 106 It may be suitable for all surfaces of the substrate 102 to coat if a metal layer is used. In the case of metal foams, it is possible to use all the internal and external surfaces of the foam 106 to coat or it is possible to coat only some of the surfaces. It should be noted that the foam described here 106 is an open cell foam. This shows that continuous flow paths or channels through the foam 106 present through interconnected openings or pores, which are defined by the thickness of the foam 106 through each other are open. The outer surfaces 109 of the foam 106 refer to the aforementioned major surfaces, such as 110 and 111 , by Surface pores formed openings include. The interior surfaces of the foam are surfaces that pass through the internal openings or pores 108 be formed as in 5 is shown.

Bei einem Aspekt der zweiten Ausführungsform ist es möglich, alle Innenöffnungen 108 und alle Außenflächen 109 des Schaums 106, die zu der MEA weisen und die zu der planaren Substratlage 102 weisen, zu beschichten. (6a) Wenn ein chemisch instabiler Schaum 106, wie beispielsweise Aluminium oder Nickel verwendet wird, ist dies vorteilhaft. Optional sind die Oberflächen der Tafel 102 beschichtet. Wenn ein chemischer stabilerer Schaum 106, wie beispielsweise aus rostfreiem Stahl, verwendet wird, ist die Beschichtung der Innen- und Außenflächen des Schaums 106 abhängig von der Umgebung der Zellen nicht unbedingt notwenig. In diesem Fall kann das Schauminnere unbeschichtet verbleiben oder bis zu einer gegebenen Tiefe beschichtet sein. Bevorzugt wird die Beschichtung 94 auf die Teile des Schaums 106 aufgebracht, die Elektronen von einem Medium zu dem nächsten, beispielsweise von der Schaumoberfläche 111 zu der MEA oder von der Schaumoberfläche 110 zu der planaren Lage 102 übertragen sollen. Wie bei dieser Ausführungsform (6b) zu sehen ist, wird die Beschichtung 94 auf das elektrische leitende Element 100 aufgebracht, bei dem Elektronen in und aus der Struktur des elektrisch leitenden Elementes 100 fließen. Sobald Elektronen durch die Struktur des Elementes 100 fließen, d. h. den Schaum 106, existiert kein Widerstand in dem Schaum 106, und auf den nächsten angrenzenden Widerstandsbereich wird erst gestoßen, wenn die Elektronen den Schaum 106 in Richtung zu oder an der Oberfläche der Metalllage 102 verlassen. Bei dieser Ausführungsform ist die Beschichtung 94 auf die Hauptfläche 111 des Schaums 106 bis zu einem Tiefenniveau von weniger als 80 nm, bevorzugt weniger als 50 nm und am bevorzugtesten auf ein Tiefenniveau von 10–20 nm aufgebracht. Zusätzlich ist es bei dieser Ausführungsform erwünscht, auch den Schaum 106 bis zu einem Tiefenniveau von 10–20 nm an der Hauptfläche 110 zu beschichten, an der er zu der planaren Blechlage 102 weist.In one aspect of the second embodiment, it is possible to have all the internal openings 108 and all external surfaces 109 of the foam 106 leading to the MEA and to the planar substrate layer 102 to coat. ( 6a ) If a chemically unstable foam 106 , such as aluminum or nickel is used, this is advantageous. Optional are the surfaces of the board 102 coated. If a chemical more stable foam 106 As used, for example, of stainless steel, the coating of the inner and outer surfaces of the foam 106 depending on the environment of the cells is not necessary. In this case, the foam interior may remain uncoated or coated to a given depth. The coating is preferred 94 on the parts of the foam 106 applied, the electrons from one medium to the next, for example from the foam surface 111 to the MEA or foam surface 110 to the planar position 102 to transfer. As in this embodiment ( 6b ), the coating becomes visible 94 on the electrical conductive element 100 applied, in which electrons in and out of the structure of the electrically conductive element 100 flow. Once electrons go through the structure of the element 100 flow, ie the foam 106 , there is no resistance in the foam 106 , and the next adjacent resistance area is only encountered when the electrons foam 106 towards or at the surface of the metal layer 102 leave. In this embodiment, the coating is 94 on the main surface 111 of the foam 106 to a depth level of less than 80 nm, preferably less than 50 nm, and most preferably applied to a depth level of 10-20 nm. In addition, it is desirable in this embodiment, also the foam 106 to a depth level of 10-20 nm at the major surface 110 to coat, at which he to the planar sheet metal layer 102 has.

Bei einer dritten Ausführungsform, wie in 7 zu sehen ist, kann die elektrisch leitende Beschichtung 94 auf ein anderes elektrisch leitendes Fluidverteilungselement 112 abgeschieden werden, das ein Polymermaterial 113 mit einem leitenden faserigen Füllstoff 114 umfasst, der eine Orientierung durch die Ebene hindurch aufweist, was einen Leitfähigkeitspfad durch das Element hindurch vorsieht. Dies ist ein Verbundmaterial. Das Polymermaterial 113 ist bevorzugt ein geeignetes wärmeaushärtbares oder duroplastisches Polymer und bevorzugter aus der Gruppe von Materialien gewählt, die umfassen: Silikon, Polyisobutylen, Epoxid bzw. Epoxidharz, Vinylester und Phenol bzw. Phenolharz. Alternativ dazu ist das Polymermaterial 113 bevorzugt ein geeigneter Thermoplast und ist bevorzugter aus der Gruppe von Materialien gewählt, die umfassen: Polypropylen, Ethylentetrafluorethylen (ETFE), Nylon wie auch gummimodifiziertes Polypropylen. Während die vorhergehenden wärmeaushärtbaren und thermoplastischen Polymere, die einen leitenden faserigen Füllstoff enthalten, derzeit bevorzugt sind, ist es für Fachleute offensichtlich, dass anderen ähnlichen Materialien ebenfalls die besondere Bauartspezifikation einer Anwendung geeignet verliehen werden kann. Beispielsweise kann ein elektrisch leitendes Polymer, wie beispielsweise Polyacetylen, verwendet werden, das keinen leitenden faserigen Füllstoff erfordert.In a third embodiment, as in 7 can be seen, the electrically conductive coating 94 to another electrically conductive fluid distribution element 112 be deposited, which is a polymeric material 113 with a conductive fibrous filler 114 comprising an orientation through the plane, which provides a conductivity path through the element. This is a composite material. The polymer material 113 is preferably a suitable thermosetting or thermoset polymer, and more preferably selected from the group of materials comprising: silicone, polyisobutylene, epoxy, vinyl esters, and phenolic or phenolic resin, respectively. Alternatively, the polymer material 113 preferably a suitable thermoplastic and is more preferably selected from the group of materials comprising: polypropylene, ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), nylon as well as rubber-modified polypropylene. While the foregoing thermosetting and thermoplastic polymers containing a conductive fibrous filler are presently preferred, it will be apparent to those skilled in the art that other specific materials may also be suitably imparted to the particular detail specification of an application. For example, an electrically conductive polymer such as polyacetylene may be used which does not require a conductive fibrous filler.

Gemäß der dritten Ausführungsform (7) umfasst der leitende faserige Füllstoff 114 ein Fasermaterial mit einem Aspektverhältnis (d. h. das Verhältnis von Länge zu Dicke) von größer als etwa 5:1 und weist gute elektrische Leitfähigkeitseigenschaften wie auch gute Wärmeleitfähigkeitseigenschaften auf. Diesbezüglich umfassen die bevorzugten leitenden Fasermaterialien derzeit Kohlefasern (wie beispielsweise auf Pech basierende Fasern, auf PAN basierende Fasern oder andere), Graphitfasern, metallbeschichtete Graphitfasern (wie beispielsweise goldbeschichtete Fasern) und verschiedene Metallfasern, die Fasern aus rostfreiem Stahl umfassen. Während der faserige leitende Füllstoff 114 allgemein ein Aspektverhältnis von größer als 5:1 besitzt, besitzen die leitenden Fasern bevorzugter ein Aspektverhältnis von größer als 10:1 und am bevorzugtesten ein Aspektverhältnis von größer als 15:1.According to the third embodiment ( 7 ) comprises the conductive fibrous filler 114 a fiber material having an aspect ratio (ie, the length to thickness ratio) greater than about 5: 1, and has good electrical conductivity properties as well as good thermal conductivity properties. In this regard, the preferred conductive fiber materials currently include carbon fibers (such as pitch based fibers, PAN based fibers or others), graphite fibers, metal coated graphite fibers (such as gold coated fibers) and various metal fibers comprising stainless steel fibers. While the fibrous conductive filler 114 Generally, having an aspect ratio of greater than 5: 1, the conductive fibers more preferably have an aspect ratio greater than 10: 1, and most preferably have an aspect ratio greater than 15: 1.

Zusätzlich zu dem Polymermaterial 113 und dem leitenden faserigen Füllstoff 114 kann der Verbundstoff der vorliegenden Erfindung optional ein nichtleitendes faseriges Material in einer Menge von 1 bis 10 Vol.-% enthalten, um die mechanischen Eigenschaften des Verbundmaterials zu steigern. Wie es derzeit bevorzugt ist, kann der nichtleitende faserige Füllstoff aus der Gruppe gewählt sein, der Glasfasern umfasst. Ähnlicherweise kann das Verbundmaterial ein leitendes nichtfaseriges Material von bis zu 10 Vol.-% umfassen. Wie es derzeit bevorzugt ist, kann das leitende nichtfaserige Material bevorzugt aus der Gruppe gewählt sein, die Ruß, Graphitpulver und auf Metall basierende Pulver umfasst. Beispiele können dem Stand der Technik entnommen werden, siehe beispielsweise die U.S. Patente Nrn. 6,096,450 A 6,103,413 A und 6,248,467 A Bei dieser Ausführungsform (7) erleichtert die Metallbeschichtung die elektrische Leitfähigkeit von dem Verbundmaterial zu dem nächsten angrenzenden Element der Brennstoffzelle.In addition to the polymer material 113 and the conductive fibrous filler 114 For example, the composite of the present invention may optionally contain a nonconductive fibrous material in an amount of 1 to 10% by volume to increase the mechanical properties of the composite. As presently preferred, the nonconductive fibrous filler may be selected from the group comprising glass fibers. Likewise, the composite material may comprise a conductive non-fibrous material of up to 10% by volume. As presently preferred, the conductive non-fibrous material may preferably be selected from the group comprising carbon black, graphite powder, and metal-based powders. Examples can be taken from the prior art, see for example the U.S. Patent Nos. 6,096,450 A 6,103,413 A and 6,248,467 A In this embodiment ( 7 ), the metal coating facilitates the electrical conductivity of the composite material to the next adjacent element of the fuel cell.

Bei einer vierten Ausführungsform, die in den 8a und 8b gezeigt ist, ist das elektrisch leitende Fluidverteilungselement, das verwendet werden kann, eine polymere bipolare Platte 116, die eine Vielzahl elektrisch leitender Fasern 118 enthält, die in einem Polymerkörperabschnitt angeordnet sind, wobei sich jede Faser 118 kontinuierlich von der ersten Fläche 120 des Polymerkörperabschnittes zu der zweiten Fläche 122 des Polymerkörperabschnittes in einer Orientierung durch die Ebene hindurch erstreckt.In a fourth embodiment, incorporated in the 8a and 8b As shown, the electrically conductive fluid distribution element that may be used is a polymeric bipolar plate 116 , the one Variety of electrically conductive fibers 118 which are arranged in a polymer body portion, wherein each fiber 118 continuously from the first surface 120 of the polymer body portion to the second surface 122 of the polymeric body portion extends in an orientation through the plane.

Der Hauptkörperabschnitt 124 ist aus einem Polymermaterial mit relativ hoher Festigkeit, geeigneten Wärmeeigenschaften wie auch einer niedrigen Durchdringung bezüglich Kühlmittelfluid und Reaktandengasen ausgebildet. Bevorzugt ist der Hauptkörperabschnitt 124 aus einem verfestigten thermisch leitenden Polymer ausgebildet, wie beispielsweise mit Kohlenstoff gefülltem Epoxid bzw. Epoxidharz. Jedoch kann der Hauptkörperabschnitt 124 aus anderen geeigneten Materialien mit derartigen gewünschten Eigenschaften ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Hauptkörperabschnitt 124 aus Silikon, Polyisobutylen, Polyvinylester, Polyester, Phenol bzw. Phenolharz, Polypropylen, ETFE, Nylon oder gummimodifiziertem Polypropylen bestehen. Die Wärmeleitfähigkeit kann durch Beladen des Polymermaterials mit den Kohlenstoff-, Graphit- oder Edelmetallpartikeln gesteigert werden.The main body section 124 is formed of a relatively high strength polymeric material, suitable thermal properties, as well as low permeability to coolant fluid and reactant gases. Preferably, the main body portion 124 formed of a solidified thermally conductive polymer, such as carbon-filled epoxy or epoxy resin. However, the main body portion 124 be formed of other suitable materials having such desired properties. For example, the main body portion 124 made of silicone, polyisobutylene, polyvinyl ester, polyester, phenol or phenolic resin, polypropylene, ETFE, nylon or rubber-modified polypropylene. The thermal conductivity can be increased by loading the polymer material with the carbon, graphite or noble metal particles.

Die rohrförmigen Elemente 128, die in dem Hauptkörperabschnitt 124 der bipolaren Platte 116 angeordnet sind, dienen dazu, ein sekundäres Strömungsfeld hindurch zu definieren, um ein Kühlfluid durch die Separatorplatte zu leiten und damit dessen Wärmeenergie zu steuern. Die rohrförmigen Elemente 126 sind so ausgebildet, dass ein Kühlfluid durch eine Verrohrung 70 geführt wird, um Wärmeenergie von dem Brennstoffzellenstapel zu entfernen bzw. dem Brennstoffzellenstapel Wärmeenergie hinzuzufügen. Die Kühlmittelsammelleitungen, die das rohrförmige Element 126 fluidmäßig mit der Verrohrung kuppeln, sollten eine elektrische Isolierung dazwischen vorsehen, um einen Nebenschlussstrom zwischen den Fasern 118 und den rohrförmigen Elementen 126 zu unterbinden.The tubular elements 128 located in the main body section 124 the bipolar plate 116 serve to define a secondary flow field therethrough to direct a cooling fluid through the Separatorplatte and thus to control its heat energy. The tubular elements 126 are designed so that a cooling fluid through a piping 70 is performed to remove heat energy from the fuel cell stack or add heat energy to the fuel cell stack. The coolant headers, which are the tubular element 126 To fluidly couple with the tubing should provide electrical insulation therebetween to provide a shunt current between the fibers 118 and the tubular elements 126 to prevent.

Wie es derzeit bevorzugt ist, sind die rohrförmigen Elemente 126 aus mit Kohlenstoff gefülltem Polymer hergestellt. Es sei jedoch angemerkt, dass die rohrförmigen Elemente 126 aus beliebigen einer Vielzahl von Materialien hergestellt sein können, die wärmeleitend und nicht anfällig gegenüber Korrosion in einer Umgebung des gasförmigen Reaktanden oder der Kühlmittel, die gewöhnlich in einem Brennstoffzellenstapel verwendet werden, sind. Einige andere geeignete Materialien umfassen Titan, Kohlenstoff oder rostfreien Stahl.As presently preferred, the tubular elements are 126 made of carbon filled polymer. It should be noted, however, that the tubular elements 126 can be made of any of a variety of materials that are thermally conductive and not susceptible to corrosion in an environment of the gaseous reactant or the refrigerants commonly used in a fuel cell stack. Some other suitable materials include titanium, carbon or stainless steel.

Die leitenden Elemente 118, die in der Separatorplatte angeordnet sind, sind allgemein in einer Orientierung durch die Ebene hindurch orientiert und erstrecken sich kontinuierlich von der oberen Fläche 128 der Separatorplatte zu der unteren Fläche 130 der Separatorplatte, um den Bahnwiderstand der Platte zu minimieren, wie in 8a gezeigt ist. Jedes leitende Element 118 ist eine längliche Faser (d. h. mit einem Aspektverhältnis von 2000:1 oder größer). Wie in 8a zu sehen ist, ist das erste Ende 132 an der oberen Fläche 128 freigelegt, und das zweite Ende 134 ist an der unteren Fläche 130 freigelegt.The guiding elements 118 positioned in the separator plate are generally oriented in an orientation through the plane and extend continuously from the top surface 128 the separator plate to the lower surface 130 the separator plate to minimize the sheet resistance of the plate, as in 8a is shown. Each conductive element 118 is an elongated fiber (ie with an aspect ratio of 2000: 1 or greater). As in 8a can be seen is the first end 132 on the upper surface 128 exposed, and the second end 134 is on the bottom surface 130 exposed.

Wie in 8b zu sehen ist, ist die leitende Beschichtung 94 auf der polymeren bipolaren Platte 116 abgeschieden worden, so dass die leitenden Elemente 118 mit der leitenden Beschichtung 94 in Kontakt stehen. Die leitenden Elemente 118 sind aus auf Kohlenstoff basierenden, elektrisch leitenden Fasern, wie beispielsweise auf Pech basierenden Fasern, auf PAN basierenden Fasern oder anderen Fasern ausgebildet. Die leitenden Elemente 118 können auch aus anderen geeigneten, elektrisch leitenden faserigen Materialien ausgebildet sein, wie beispielweise Graphitfasern, Au-beschichtete Graphitfasern, Pt-beschichtete Graphitfasern, Au-Fasern, Pt-Fasern oder beschichteten Fasern aus rostfreiem Stahl. In den 8A und 8B steigern die in Verbindung mit der leitenden Beschichtung 94 verwendeten leitenden Elemente 118 eine elektrische Leitfähigkeit zwischen benachbarten bipolaren Platten.As in 8b The conductive coating is visible 94 on the polymeric bipolar plate 116 been deposited so that the conductive elements 118 with the conductive coating 94 stay in contact. The guiding elements 118 are formed of carbon-based electrically conductive fibers such as pitch-based fibers, PAN-based fibers, or other fibers. The guiding elements 118 may also be formed of other suitable electrically conductive fibrous materials, such as graphite fibers, Au-coated graphite fibers, Pt-coated graphite fibers, Au fibers, Pt fibers, or coated stainless steel fibers. In the 8A and 8B boost those in conjunction with the conductive coating 94 used conductive elements 118 an electrical conductivity between adjacent bipolar plates.

Es ist offensichtlich, dass die Anwendung einer leitenden Beschichtung auf eine beliebige Kombination von Flächen eines Schaums oder einer Planaren Lage möglich ist, und ferner, dass eine Beschichtung des Schaums auf ein beliebiges gewünschtes Ausmaß durch seine Dicke hindurch ebenfalls möglich ist. Es ist auch offensichtlich, dass in dem Fall von Verbund- oder Fasermaterial die Metallbeschichtung die elektrische Leitfähigkeit steigert oder zumindest erleichtert.It It is obvious that the application of a conductive coating on any combination of surfaces of a foam or one Planar situation possible is, and further, that a coating of the foam on any desired extent its thickness also possible is. It is also obvious that in the case of composite or Fiber material the metal coating the electrical conductivity increases or at least relieves.

Nun wird unter Bezugnahme auf 9 ein Verfahren zum Abscheiden der leitenden Beschichtung 94 auf den bipolaren Platten der oben erwähnten vier Ausführungsformen beschrieben. Um die leitende Beschichtung 94 auf dem Substrat abzuscheiden, wird ein Verfahren zur innenunterstützten PVD verwendet.Now, referring to 9 a method for depositing the conductive coating 94 on the bipolar plates of the above-mentioned four embodiments. To the conductive coating 94 depositing on the substrate, a method of internally assisted PVD is used.

Wie in 9 zu sehen ist, wird eine Vorrichtung 136 zur innenunterstützten PVD verwendet. Die Vorrichtung 136 umfasst eine Abscheidungskammer 138 und zwei Elektronenstrahlerzeuger bzw. Elektronenkanonen A und B zum Abscheiden der Metallbeschichtung. Die Vorrichtung 136 umfasst auch eine Niedrigenergie-Ionenquelle bzw. -kanone, die zur Sputterreinigung der Substrate verwendet wird, wie auch eine Turbopumpe, die ermöglicht, dass die Vorrichtung in einem ultrahohen Vakuum betrieben werden kann.As in 9 is seen, becomes a device 136 used for internally supported PVD. The device 136 includes a deposition chamber 138 and two electron guns and electron guns A and B for depositing the metal coating. The device 136 also includes a low energy ion source or gun used to sputter clean the substrates, as well as a turbo pump that allows the device to operate in an ultra-high vacuum.

Das durch die leitende Beschichtung 94 zu beschichtende Substrat wird in der Abscheidungskammer 138 angeordnet. Sobald das Substrat in der Kammer 138 angeordnet ist, wird der Druck auf etwa 0,0133 N/m2 (etwa 10–4 Torr) abgesenkt. Ein erster Tiegel 140 in der Kammer enthält das abzuscheidende Edelmetall. Wenn eine Kombination aus Metallen oder Edelmetallen abgeschieden werden soll, wird ein zweites Metall in einem zweiten Tiegel 142 vorgesehen. Beispielsweise liegt ein Tiegel 140, der Titan, das als eine erste Lage abgeschieden werden soll, enthält, und ein Tiegel 142, der Gold, das als eine zweite Lage über dem Titan abgeschieden werden soll, enthält, nicht außerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung. Eine andere verfügbare Option kann darin bestehen, eine Kombination aus Metallen gleichzeitig abzuscheiden.That through the conductive coating 94 to Coating substrate is in the deposition chamber 138 arranged. Once the substrate in the chamber 138 is placed, the pressure is lowered to about 0.0133 N / m 2 (about 10 -4 Torr). A first pot 140 in the chamber contains the precious metal to be deposited. When a combination of metals or precious metals is to be deposited, a second metal is placed in a second crucible 142 intended. For example, there is a crucible 140 containing titanium, which is to be deposited as a first layer, and a crucible 142 , the gold to be deposited as a second layer over the titanium does not fall outside the scope of the present invention. Another option available may be to deposit a combination of metals simultaneously.

Eine Ionenkanone wird dazu verwendet, das Substrat sauber zu sputtern. Wenn die Ionenkanone das Substrat sauber sputtert, wird ein Elektronenstrahl dazu verwendet, die Edelmetalle zu schmelzen und zu verdampfen. Die Edelmetalle werden dann auf dem Substrat mit einer Rate von 0,10 nm/s auf eine Dicke von weniger als 80 nm abgeschieden, die durch Dickenüberwachungseinrichtungen beobachtet wird.A Ion gun is used to sputter clean the substrate. When the ion gun sputters the substrate clean, it becomes an electron beam used to melt and vaporize the precious metals. The precious metals are then deposited on the substrate at a rate of 0.10 nm / s deposited to a thickness of less than 80 nm by Dick monitoring devices is observed.

Ein wichtiger Aspekt des Verfahrens zur innenunterstützten PVD besteht darin, dass die Sputterreinigung des Substrates und das Aufbringen der leitende Beschichtung im Wesentlichen simultan erfolgt. Durch das simultan stattfindende Sputterreinigen und Beschichten des Substrates kann die leitende Beschichtung 94 auf dem Substrat mit ultrageringen Dicken von weniger als 80 nm, bevorzugt weniger als 50 nm und am bevorzugtesten im Bereich zwischen 10 und 20 nm aufgebracht werden. Wenn die leitende Beschichtung 94 eine Dicke von 10–20 nm besitzt, besitzt die leitende Beschichtung bevorzugt eine Beladung von 0,02–0,04 mg/cm2.An important aspect of the internally assisted PVD method is that the sputter cleaning of the substrate and the application of the conductive coating occur substantially simultaneously. By simultaneously sputter cleaning and coating of the substrate, the conductive coating 94 are deposited on the substrate with ultra-thin thicknesses of less than 80 nm, preferably less than 50 nm, and most preferably between 10 and 20 nm. If the conductive coating 94 has a thickness of 10-20 nm, the conductive coating preferably has a loading of 0.02-0.04 mg / cm 2 .

Der vorliegende Prozess stellt eine Verbesserung gegenüber einem nacheinander erfolgenden Reinigen und Abscheiden dar. Wenn das Substrat, das verwendet wird, ein Metallsubstrat ist, wie beispielsweise Titan oder rostfreier Stahl, bildet sich ein Oxidfilm in der Zeit zwischen der stattfindenden Reinigung und der Abscheidung des Metalls auf dem Substrat über PVD. Durch simultan erfolgendes Reinigen des Substrates und Abscheiden des Edelmetalls wird die Oxidschicht vollständig und kontinuierlich entfernt, wodurch eine Oxidbildung oder andere Schädi gung der Oberfläche verhindert oder zumindest wesentlich verringert wird. Das gleichzeitig ablaufende Reinigen des Substrates und Abscheiden des Edelmetalls kann aufgrund der Tatsache erreicht werden, dass die Ionenenergien, die erforderlich sind, um die Oxidschicht zu entfernen, niedrig sind. Da die Ionenenergien niedrig sind, sind die beschießenden Ionenflüsse allgemein kleiner als die Abscheidungsatomflüsse, die von den Elektronenkanonen A und B abgegeben werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Oxide, die entfernt werden, leichter als das Metall sind, das auf dem Substrat als leitende Beschichtung 94 abgeschieden wird. Somit entfernt die Niedrigenergie-Ionenkanone lediglich die Oxidlage und nicht die leitende Beschichtung 94. Das Ergebnis besteht darin, dass eine Beschichtung 94 aus Metall mit einer ausgezeichneten Anhaftung an dem Substrat abgeschieden wird. Ferner ist es möglich, nur eine sehr dünne Schicht in der Größenordnung von 10–20 nm zu beschichten, wodurch eine gute Oberflächenbedeckung, eine relativ gleichförmige Bedeckung wie auch eine gute Anhaftung erreicht wird. Somit erlaubt die Verwendung einer innenunterstützten PVD, dass das Edelmetall auf dem Substrat sehr glatt, gleichmäßig und in einer dünnen Schicht abgeschieden wird.The present process is an improvement over sequential cleaning and deposition. When the substrate used is a metal substrate, such as titanium or stainless steel, an oxide film forms in the time between the on-going cleaning and the deposition of the metal on the substrate via PVD. By simultaneously cleaning the substrate and depositing the noble metal, the oxide layer is completely and continuously removed, thereby preventing or at least substantially reducing oxide formation or other damage to the surface. The concurrent cleaning of the substrate and deposition of the noble metal can be achieved due to the fact that the ion energies required to remove the oxide layer are low. Since the ion energies are low, the bombarding ion fluxes are generally smaller than the deposition atom fluxes emitted by the electron guns A and B. This is because the oxides that are removed are lighter than the metal on the substrate as a conductive coating 94 is deposited. Thus, the low energy ion gun removes only the oxide layer and not the conductive coating 94 , The result is that a coating 94 of metal with an excellent adhesion to the substrate is deposited. Further, it is possible to coat only a very thin layer on the order of 10-20 nm, thereby achieving good surface coverage, relatively uniform coverage as well as good adhesion. Thus, the use of internally assisted PVD allows the precious metal to be deposited on the substrate very smoothly, uniformly, and in a thin layer.

Es sei zu verstehen, dass ein wichtiges Merkmal der Erfindung die Abscheidung einer Metallbeschichtung auf einer im Wesentlichen reinen Oberfläche ist. Bei einem bevorzugten Aspekt wird eine Oberflächenreinigung des Substrates über Ionenkanone begonnen, gerade bevor die Metallabscheidung eingeleitet wird. Anschließend werden die Reinigung wie auch die Metallabscheidung simultan weitergeführt, um den Abscheidungsprozess fertig zu stellen.It Let it be understood that an important feature of the invention is the deposition a metal coating on a substantially clean surface. In a preferred aspect, a surface cleaning of the substrate via ion gun begun just before the metal deposition is initiated. Then be the cleaning as well as the metal deposition continued simultaneously to complete the deposition process.

Wie oben beschrieben ist, wird die Anhaftung der Beschichtung durch Abscheidung der Metallbeschichtung auf einer reinen Oberfläche stark verbessert und hält somit einer Delaminierung bzw. einem Abblättern von dem Substrat stand. Wenn beispielsweise an eine Beschichtung ein kathodischer Strom im Bereich von 10 mA/cm2–50 mA/cm2 in einer Lösung von 0,5 M H2SO4 zyklisch angelegt wird, wird Wasserstoffgas (H2) entwickelt, das bei Beschichtungen nach dem Stand der Technik zur Folge hatte, dass diese von dem Substrat abblätterten oder sich diese von dem Substrat ablösten. Wenn jedoch die Beschichtung durch das innenunterstützte PVD-Verfahren der vorliegenden Erfindung abgeschieden wird, hält die ausgezeichnete Anhaftung der Beschichtung an der sauberen Oberfläche des Substrates der Delaminierung von dem Substrat stand, die durch das entwickelte H2 bewirkt wird, wenn der kathodische Strom angelegt wird.As described above, the adhesion of the coating is greatly enhanced by depositing the metal coating on a clean surface, thus resisting delamination from the substrate. For example, when a cathodic current in the range of 10 mA / cm 2 -50 mA / cm 2 in a solution of 0.5 MH 2 SO 4 is applied cyclically to a coating, hydrogen gas (H 2 ) is developed As a result of the prior art, these peeled off from the substrate or detached from the substrate. However, when the coating is deposited by the internally assisted PVD process of the present invention, the excellent adhesion of the coating to the clean surface of the substrate resists delamination from the substrate caused by the evolved H 2 when the cathodic current is applied ,

Es sei zu verstehen, dass die Verwendung einer innenunterstützten PVD eine Verbesserung gegenüber bisherigen Abscheidungsverfahren, wie beispielweise dem Sputtern von Au, darstellt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Steuerung des Plasmas beim Sputtern zufällig erfolgt, da die Richtung, die Energie wie auch der Ionenfluss, der auf das Substrat auftritt, nicht reguliert werden kann. Im Gegensatz dazu sieht die innenunterstützte PVD eine unabhängige Steuerung der Abscheidungsparameter aufgrund der Tatsache vor, dass die Ionenstrahlen, die bei der ionenunterstützen PVD verwendet werden, eine niedrige Energie besitzen, wie auch gut parallel gerichtet sind, wobei Divergenzwinkel nur einige wenige Grad betragen.It should be understood that the use of internally assisted PVD is an improvement over previous deposition techniques, such as sputtering of Au. This is due to the fact that the control of the plasma occurs randomly during sputtering, since the direction, energy as well as the ion flux that occurs on the substrate can not be regulated. In contrast, the internally assisted PVD provides independent control of the deposition parameters Because of the fact that the ion beams used in the ion-assisted PVD have low energy, as well as being well-parallel, divergence angles being only a few degrees.

Nachfolgend werden detailliert experimentelle Details bezüglich einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist Gold als das Edelmetall ausgewählt, das auf einem Substrat aus 316L rostfreiem Stahl durch innenunterstützte PVD abgeschieden werden soll.following Be detailed experimental details regarding a preferred embodiment of the present invention. In this preferred embodiment Gold is selected as the precious metal that is on a substrate Made of 316L stainless steel deposited by internally assisted PVD should.

Bei einer ersten Serie von Experimenten wurde Gold auf Substraten aus rostfreiem Stahl durch Elektronenstrahlverdampfung in einem Ultrahochvakuum abgeschieden. Die Substrate aus rostfreiem Stahl wurden unter Verwendung eines Ultraschallbades zuerst mit Aceton und anschließend mit Methanol über jeweils 15 Minuten gereinigt. Es hat sich herausgestellt, dass die Goldbeschichtung eine sehr schlechte Anhaftung besaß.at In a first series of experiments, gold was deposited on substrates stainless steel by electron beam evaporation in an ultrahigh vacuum deposited. The stainless steel substrates were used an ultrasonic bath first with acetone and then with methanol over each Cleaned for 15 minutes. It turned out that the gold coating had a very bad attachment.

Bei einer zweiten Serie von Experimenten wurde das Substrat aus rostfreiem Stahl sandgestrahlt und anschließend unter Verwendung des Ultraschallbades mit Aceton und anschließend Methanol vor der Abscheidung von Gold auf dem Substrat gereinigt. Die Anhaftung war zwar verbessert, die Beschichtung versagte jedoch, als sie in eine Korrosionstestlösung gebracht wurde.at In a second series of experiments, the substrate was made of stainless steel Steel sandblasted and then using the ultrasonic bath with acetone and then Methanol was purified before depositing gold on the substrate. Although the adhesion was improved, the coating failed, when she was in a corrosion test solution was brought.

Bei einer dritten Serie von Experimenten wurde das Substrat aus rostfreiem Stahl elektrochemisch gereinigt, bevor es in dem Ultraschallbad aus Aceton und anschließend Methanol angeordnet wurde. Wiederum war die Anhaftung des Goldes verbessert, jedoch versagte die Beschichtung, als sie in eine Korrosionstestlösung gebracht wurde.at In a third series of experiments, the substrate was made of stainless steel Steel is electrochemically cleaned before it is in the ultrasonic bath from acetone and then Methanol was arranged. Again, the attachment of the gold was improved, however, the coating failed when placed in a corrosion test solution has been.

Bei einer vierten Serie von Experimenten wurde das innenunterstützte PVD-Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet. Die Ionenkanone, die verwendet wurde, war ein 100 bis 500 eV Ar+-Strahl mit einer Stromdichte von 1 bis 20 mA/cm2 für 2 bis 10 Minuten. Das Verdampfungsquellenmaterial war 99,99% reines Gold von Johnson-Matthey. Die Substrate aus 316L rostfreiem Stahl, die verwendet wurden, waren Plättchen mit 25,4 mm × 25,4 mm (1'' × 1''), die zunächst in einem Ultraschallbad aus Aceton und anschließend Methanol für jeweils 15 Minuten gereinigt wurden. Die Substrate aus rostfreiem Stahl wurden dann in die Abscheidungskammer der Vorrichtung zur innenunterstützten PVD geladen und darin so lange gehalten, bis der Druck kleiner als 2 × 10–7 Torr 2,67·10–5 Pa betrug. Der Basisdruck der Abscheidungskammer lag typischerweise im mittleren 10–9 Torr-Bereich 1.33·10–7 Pa und war stets niedriger als 1 × 10–8 Torr 1.33·10–6 Pa. Als die Ionenkanone das Substrat aus rostfreiem Stahl gereinigt hatte, wurde eine Goldbeschichtung mit der einzelnen Elektronenstrahlverdampfungsquelle mit einer Rate von 0,10 nm/s bei einer Temperatur von 35 Grad Celsius bis 40 Grad Celsius abgeschieden. Die Goldbeschichtungen zeigten eine ausgezeichnete Anhaftung, sogar nachdem sie in einer Korrosionstestlösung für nahezu 100 Stunden angeordnet wurden.In a fourth series of experiments, the internally assisted PVD method of the present invention was used. The ion gun used was a 100 to 500 eV Ar + beam with a current density of 1 to 20 mA / cm 2 for 2 to 10 minutes. The evaporation source material was 99.99% pure gold from Johnson-Matthey. The 316L stainless steel substrates used were 25.4 mm x 25.4 mm (1 "x 1") wafers which were first cleaned in an ultrasonic bath of acetone and then methanol for 15 minutes each. The stainless steel substrates were then loaded into the deposition chamber of the internally assisted PVD apparatus and held therein until the pressure was less than 2 × 10 -7 Torr 2.67 × 10 -5 Pa. The base pressure of the deposition chamber was typically 1.33 × 10 -7 Pa in the mid-10 -9 Torr range and was always lower than 1 × 10 -8 Torr 1.33 × 10 -6 Pa. When the ion gun cleaned the stainless steel substrate, a gold plating was deposited with the single electron beam evaporation source at a rate of 0.10 nm / s at a temperature of 35 degrees Celsius to 40 degrees Celsius. The gold coatings showed excellent adhesion even after being placed in a corrosion test solution for nearly 100 hours.

Im Vergleich zu Abscheidungstechniken nach dem Stand der Technik, wie beispielsweise galvanischen Vorgängen, sieht die vorliegende Erfindung erhebliche Vorteile vor. Beispielsweise ist die Abscheidung von Edelmetallen durch Galvanisieren auf einem Substrat sehr teuer. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass eine dicke Beschichtung von etwa 100 nm oder mehr erforderlich ist, um eine Korrosion des Substrates zu verhindern, wenn ein Metallsubstrat, wie beispielsweise rostfreier Stahl, Aluminium oder Titan, verwendet wird. Ferner ist, wenn das Galvanisieren verwendet wird, die Anhaftung des Edelmetalls an dem Substrat schlecht. Daher wird, um die Anhaftung zu verbessern, eine Zwischenlage aus einem anderen Metall, wie beispielsweise Nickel, verwendet. Dies trägt zusätzlich zu einer Instabilität in der Brennstoffzellenumgebung weiter zu den Herstellkosten bei. Durch Verwendung des innenunterstützten Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist keine Zwischenlage erforderlich, und es kann eine geringe Dicke von nur 10–20 nm verwendet werden, wodurch die Herstellkosten gesenkt werden können.in the Comparison to deposition techniques of the prior art, such as for example galvanic processes, The present invention provides significant advantages. For example is the deposition of precious metals by electroplating on one Substrate very expensive. This is due to the fact that a thick coating of about 100 nm or more is required to prevent corrosion of the substrate when a metal substrate, such as stainless steel, aluminum or titanium used becomes. Further, when the plating is used, the adhesion is of the noble metal on the substrate bad. Therefore, to the attachment To improve, a liner of another metal, such as Nickel, used. This carries additionally to an instability in the fuel cell environment further to the manufacturing costs. By using the internally assisted method of the present invention Invention, no liner is required, and it may be a small thickness of only 10-20 nm can be used, whereby the manufacturing costs can be reduced.

Ferner kann, wie in den 10a und 10b gezeigt ist, wenn ein ionenunterstütztes PVD-Verfahren verwendet wird, eine glatte und gleichmäßige Beschichtung eines Metalls auf dem Substrat abgeschieden werden (10a). Wenn eine glatte und gleichmäßige Oberfläche auf dem Substrat abgeschieden wird, verhindert dies eine Korrosion. Im Gegensatz dazu ist eine galvanisierte Beschichtung rau und porös (10b). Die galvanisierte Beschichtung umfasst viele Spitzen und Täler, die nicht sicherstellen, dass das gesamte Substrat beschichtet ist, was seinerseits zu einer Korrosion des Substrates führt. Diese vielen Spitzen und Täler stellen auch keinen elektrischen Kontakt in den Tälern sicher. Ferner kann in den Tälern immer noch ein Oxid vorhanden sein, das die Brennstoffzelle kontaminieren kann. Dies ist deutlicher in den 11a und 11b gezeigt.Furthermore, as in the 10a and 10b When using an ion assisted PVD process, a smooth and uniform coating of a metal is deposited on the substrate ( 10a ). If a smooth and uniform surface is deposited on the substrate, this will prevent corrosion. In contrast, a galvanized coating is rough and porous ( 10b ). The galvanized coating includes many peaks and valleys that do not ensure that the entire substrate is coated, which in turn leads to corrosion of the substrate. These many peaks and valleys also ensure no electrical contact in the valleys. Further, in the valleys, there may still be an oxide that can contaminate the fuel cell. This is clearer in the 11a and 11b shown.

Die 11a zeigen ein Rasterkraftmikroskopbild einer Goldbeschichtung, die durch das innenunterstützte PVD-Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Wie in 11a zu sehen ist, ist die Beschichtung glatt und gleichmäßig. Eine Rauhigkeitsanalyse wie auch eine Analyse des Bereichs von Spitzen zu Tälern wurde ebenfalls durchgeführt. Die mittlere Rauhigkeit (Ra) der innenunterstützten PVD-Beschichtung betrug lediglich 184,78 nm, und der Bereich von Spitzen zu Tälern (Z) betrug lediglich 1,119 Mikrometer. Der Bereich von Spitzen zu Täler sollte kleiner als 3,000 Mikrometer, besser kleiner als 2,800 Mikrometer, noch besser kleiner als 2,500 Mikrometer, bevorzugt kleiner als 2,000 Mikrometer und am bevorzugtesten kleiner als 1,500 Mikrometer sein. Durch eine derartige glatte und gleichmäßige Oberfläche stellt die Beschichtung der vorliegenden Erfindung sicher, dass ein elektrischer Kontakt zwischen den bipolaren Platten aufrechterhalten wird. Auch stellt die glatte und gleichmäßige Fläche sicher, dass jegliches Oxid, das durch das innenunterstützte PVD-Verfahren nicht vollständig entfernt wurde, vollständig beschichtet und dadurch an einer Kontamination der Brennstoffzelle gehindert wird.The 11a show an atomic force microscope image of a gold plating made by the internally assisted PVD process of the present invention. As in 11a can be seen, the coating is smooth and even. A roughness analysis as well as an analysis of the range from peaks to valleys was also performed. The mean roughness (Ra) of the internally supported PVD coating was only 184.78 nm, and the peak to valley (Z) area was only 1.119 microns. The peak-to-valley range should be less than 3,000 microns, more preferably less than 2,800 microns, even more preferably less than 2,500 microns, preferably less than 2,000 microns, and most preferably less than 1,500 microns. With such a smooth and uniform surface, the coating of the present invention ensures that electrical contact between the bipolar plates is maintained. Also, the smooth and even surface ensures that any oxide that has not been completely removed by the internally assisted PVD process is completely coated and thereby prevented from contamination of the fuel cell.

Im Gegensatz dazu zeigt, wie in 11b gezeigt ist, ein Rasterkraftmikroskopbild einer galvanisierten Beschichtung, dass die Beschichtung rau und porös ist. Es sind viele vorstehende Knollen vorhanden. Die Rauhigkeitsanalyse wie auch der Bereich von Spitzen zu Tälern der galvanisierten Beschichtung zeigt eine mittlere Rauhigkeit (Ra) von 415,88 nm und einen Bereich von Spitzen zu Tälern (Z) von 2,860 Mikrometern. Somit stellen die vielen Spitzen und Täler der galvanisierten Beschichtung keinen zuverlässigen elektrischen Kontakt zwischen den bipolaren Platten sicher. Die galvanisierte Beschichtung stellt auch nicht sicher, dass alle Oxide entfernt oder beschichtet worden sind, die die Brennstoffzelle kontaminieren können.In contrast, shows how in 11b An atomic force microscope image of a galvanized coating shows that the coating is rough and porous. There are many protruding tubers available. The roughness analysis as well as the peak to valley area of the galvanized coating shows an average roughness (Ra) of 415.88 nm and a range of peaks to valleys (Z) of 2.860 microns. Thus, the many peaks and valleys of the plated coating do not ensure reliable electrical contact between the bipolar plates. The galvanized coating also does not ensure that any oxides that may contaminate the fuel cell have been removed or coated.

Ein noch weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, wie oben und bei der ersten Ausführungsform beschrieben ist, die optionale Beschichtung der Innenflächen 90 und 92 der Lagen 58 und 60 (2), um sicherzustellen, dass zwischen den Lagen 58 und 60 ein elektrischer Kontakt beibehalten wird. Typischerweise werden die Lagen 58 und 60 durch einen Klebstoff (nicht gezeigt) miteinander verbunden. Wenn ein derartiger Klebstoff verwendet wird, kann jedoch ein Kühlmittel, das zwischen den Lagen 58 und 60 verwendet wird, den Klebstoff angreifen und eine erhebliche Erhöhung des Widerstandes zwischen den Lagen 58 und 60 zur Folge haben. Durch Beschichtung der Innenflächen 90 und 92 der Lagen 58 und 60 mit der leitenden Beschichtung 94 der vorliegenden Erfindung kann der Widerstand zwischen den Lagen 58 und 60 für längere Zeitperioden auf einem Minimum gehalten werden.Yet another advantage of the present invention, as described above and in the first embodiment, is the optional coating of the inner surfaces 90 and 92 the layers 58 and 60 ( 2 ) to ensure that between the layers 58 and 60 an electrical contact is maintained. Typically, the layers become 58 and 60 connected by an adhesive (not shown). However, if such an adhesive is used, a coolant that is between the layers may 58 and 60 is used to attack the adhesive and significantly increase the resistance between the layers 58 and 60 have as a consequence. By coating the inner surfaces 90 and 92 the layers 58 and 60 with the conductive coating 94 According to the present invention, the resistance between the layers 58 and 60 be kept to a minimum for longer periods of time.

Dieser Vorteil der vorliegenden Erfindung wurde geprüft, indem eine bipolare Platte, die durch einen Klebstoff verbunden war, in einem Bad aus deionisiertem Wasser bei 80 Grad Celsius angeordnet wurde. Die bipolare Platte wies sogar nach 5000 Stunden noch einen minimalen Widerstand zwischen den Lagen 58 und 60 auf. Dies ist ein Ergebnis der Beschichtung 94, die eine ausgezeichnete Anhaftung an dem Klebstoff aufweist, wie auch einer Erleichterung einer ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit zwischen den Lagen 58 und 60.This advantage of the present invention was tested by placing a bipolar plate connected by an adhesive in a bath of deionized water at 80 degrees Celsius. The bipolar plate still exhibited minimal interlayer resistance even after 5000 hours 58 and 60 on. This is a result of the coating 94 which has excellent adhesion to the adhesive as well as easing excellent electrical conductivity between the layers 58 and 60 ,

Ein noch weiterer Vorteil der Verwendung einer über innenunterstützte PVD abgeschiedenen Edelmetallbeschichtung besteht darin, dass mit dem Kompressionsdruck nur eine geringe Variation des Kontaktwiderstandes im Vergleich zu einer herkömmlich bekannten Beschichtung einhergeht, wie beispielsweise Acheson. Dies ist in 12 gezeigt. Die Proben, die getestet wurden, waren 20 nm Au, 15 nm Au und 10 nm Au auf Substraten aus rostfreiem Stahl. Acheson (eine leitende, auf Kohlenstoff basierende Beschichtung, die von der Acheson Corp. bezogen wurde) wurde auf ein Titansubstrat beschichtet. Der Kontaktwiderstand wurde gemessen, indem die Proben zwischen zwei Diffusionspapieren von Toray gepresst wurden. Die Drücke wurden zwischen 3,45 bar bis 13,8 bar (50–200 psi) variiert, während ein Strom von 1 A/cm2 angelegt wurde. Die Kontaktwiderstände wurden erhalten, indem der Spannungsabfall zwischen den Diffusionspapieren und den Metallproben über die Beschichtung gemessen wurde. Wie in 12 zu sehen ist, erzeugen Goldbeschichtungen mit 10 nm, 15 nm und 20 nm sehr niedrige Kontaktwiderstände über einen breiten Kompressionsbereich von 3,45 bar bis 13,8 bar (50–200 psi). Genauer hat der Kontaktwiderstand typischerweise einen Wert zwischen 1,5 und 6,5 Milliohm/cm2 mit einem sehr niedrigen prozentualen Verlust über den Druckbereich von 3,45 bar bis 13,8 bar (50–200 psi). Die Acheson-Beschichtung wies andererseits einen Kontaktwiderstand zwischen 12 und 31 Milliohm/cm2 mit einem erheblichen prozentualen Verlust über den Druckbereich von 3,45 bar bis 13,8 bar (50–200 psi) auf. Der niedrige Kontaktwiderstand der vorliegenden Erfindung erlaubt, dass Stapeldrücke, die für den Brennstoffzellenstapel verwendet werden, abgesenkt werden können, was seinerseits die Lebensdauer des Stapels verlängert wie auch ein Auftreffen von Fasern (engl. "fiber impingement") auf die MEA verhindert.Yet another advantage of using a noble metal coating deposited via internally assisted PVD is that the compression pressure is associated with little variation in contact resistance as compared to a conventionally known coating, such as Acheson. This is in 12 shown. The samples tested were 20 nm Au, 15 nm Au and 10 nm Au on stainless steel substrates. Acheson (a conductive carbon-based coating purchased from Acheson Corp.) was coated on a titanium substrate. The contact resistance was measured by squeezing the samples between two diffusion papers from Toray. The pressures were varied between 3.45 bar to 13.8 bar (50-200 psi) while applying a current of 1 A / cm 2 . The contact resistances were obtained by measuring the voltage drop between the diffusion papers and the metal samples over the coating. As in 12 10 nm, 15 nm and 20 nm gold coatings produce very low contact resistances over a wide compression range of 3.45 to 13.8 bar (50-200 psi). Specifically, the contact resistance typically has a value between 1.5 and 6.5 milliohms / cm 2 with a very low percent loss over the pressure range of 3.45 to 13.8 bar (50 to 200 psi). The Acheson coating, on the other hand, had a contact resistance of between 12 and 31 milliohms / cm 2 with a significant percentage loss over the pressure range of 3.45 bar to 13.8 bar (50-200 psi). The low contact resistance of the present invention allows stacking pressures used for the fuel cell stack to be lowered, which in turn prolongs the life of the stack as well as prevents fiber impingement on the MEA.

Die Auswirkungen der vorliegenden Erfindung auf den Kontaktwiderstand wie auch die Zellenspannung sind auch in 13 gezeigt. 13 ist ein Schaubild, das einen Vergleich eines Substrates aus 317L rostfreiem Stahl, das mit 10 nm Au gemäß der vorliegenden Erfindung beschichtet ist, eines nicht beschichteten Substrats aus 317L rostfreiem Stahl und eines Poco-Graphitsubstrats zeigt. Wie in 13 zu sehen ist, sieht die elektrisch leitende Beschichtung der vorliegenden Erfindung einen erheblichen Vorteil hinsichtlich der Zellenspannung und dem Kontaktwiderstand gegenüber einem nicht beschichteten Substrat aus rostfreiem Stahl vor. Im Vergleich zu einem Poco-Graphitsubstrat sieht die elektrisch leitende Beschichtung der vorliegenden Erfindung eine Zellenspannung vor, die im Wesentlichen die gleiche ist, während ein niedrigerer Kontaktwiderstand vorgesehen wird. Somit sieht die elektrisch leitende Beschichtung der vorliegenden Erfindung insgesamt einen Vorteil gegenüber Poco-Graphit vor, da die Gesamtkosten, um ein Substrat aus rostfreiem Stahl herzustellen, das mit der elektrisch leitenden Beschichtung der vorliegenden Erfindung beschichtet ist, gering sind.The effects of the present invention on the contact resistance as well as the cell voltage are also in 13 shown. 13 Fig. 4 is a graph showing a comparison of a 317L stainless steel substrate coated with 10 nm Au according to the present invention, a non-coated 317L stainless steel substrate and a Poco graphite substrate. As in 13 As can be seen, the electrically conductive coating of the present invention provides a significant advantage in cell voltage and contact resistance over an uncoated stainless steel substrate. Compared to a Poco graphite substrate, the electrically conductive coating of the present invention provides a cell voltage that is substantially the same is while providing a lower contact resistance. Thus, the electroconductive coating of the present invention provides an overall advantage over poco-graphite because the overall cost to produce a stainless steel substrate coated with the electroconductive coating of the present invention is low.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die leitende Beschichtung eine Passivierung der bipolaren Platten verhindert. Wie in 14 zu sehen ist, lässt ein Substrat aus rostfreiem Stahl, das mit 10 nm Au beschichtet ist, nur geringe Korrosionsströme zu, wenn das Potenzial zwischen +0,4 und +0,6 V (gegenüber Ag/AgCl) in einer belüfteten Lösung bei 80 Grad Celsius zyklisch geändert wird, wo durch eine Bipolplattenumgebung in einer Brennstoffzelle simuliert wird (pH = 3,0, 10 ppm HF und 0,5 M Na2SO4 als Trägerelektrolyt).Another advantage of the present invention is that the conductive coating prevents passivation of the bipolar plates. As in 14 As can be seen, a stainless steel substrate coated with 10 nm Au gives only low corrosion currents when the potential is between +0.4 and +0.6 V (vs. Ag / AgCl) in a vented solution at 80 Celsius is cyclically changed, where is simulated by a bipolar plate environment in a fuel cell (pH = 3.0, 10 ppm HF and 0.5 M Na 2 SO 4 as carrier electrolyte).

Es wurden auch potentiostatische Korrosionsexperimente über 100 Stunden bei sowohl +0,6 V (gegenüber Ag/AgCl) in Luft als auch bei –0,4 V (Ag/AgCl) in Wasserstoff für ein Substrat aus rostfreiem Stahl, das mit 10 nm Au beschichtet wurde, durchgeführt. Wie in 15 zu sehen ist, waren die gemessenen Korrosionsströme unter diesen Bedingungen sehr gering (unterhalb 1 μA/cm2), was eine gute Stabilität der Beschichtung zeigt.Potentiostatic corrosion experiments were also performed over 100 hours at both +0.6 V (vs. Ag / AgCl) in air and at -0.4 V (Ag / AgCl) in hydrogen for a stainless steel substrate coated with 10 nm Au was coated, performed. As in 15 can be seen, the measured corrosion currents under these conditions were very low (below 1 uA / cm 2 ), which shows good stability of the coating.

Wie aus der vorhergehenden detaillierten Beschreibung zu sehen ist, sieht die vorliegende Erfindung eine ultradünne leitende Beschichtung vor, die aus einem Edelmetall gebildet ist, das die Oberfläche eines Substrates ausreichend bedeckt, um eine Korrosion zu verhindern, und einen niedrigen Kontaktwiderstand für ein elektrisches leitendes Fluidverteilungselement vorsieht, das die Gesamtleistungsfähigkeit einer Brennstoffzelle verbessert. Ferner werden aufgrund dessen, dass die Beschichtung mit einer ultraniedrigen Beladung eines Edelmetalls beschichtet ist, die Produktionskosten zum Herstellen eines elektrisch leitenden Fluidverteilungselements auf einem Minimum gehalten.As from the foregoing detailed description, The present invention provides an ultrathin conductive coating which Made of a precious metal, which is the surface of a Substrate sufficiently covered to prevent corrosion and a low contact resistance for an electrically conductive Fluid distribution element provides that the overall performance a fuel cell improved. Furthermore, because of this, that the coating is coated with an ultra-low loading of a noble metal is the production cost of producing an electrically conductive Fluid distribution element kept to a minimum.

Claims (33)

Verfahren zum Herstellen eines elektrisch leitenden Fluidverteilungselements, mit den Schritten, dass: ein Substrat vorgesehen wird; das Substrat mit einem Ionenstrahl gereinigt wird; und eine elektrisch leitende Beschichtung auf dem Substrat durch PVD auf eine Dicke von weniger als 100 nm abgeschieden wird, wobei das Reinigen und das Abscheiden im Wesentlichen simultan ausgeführt werden.Method for producing an electrically conductive Fluid distribution element, comprising the steps of: a substrate is provided; cleaned the substrate with an ion beam becomes; and an electrically conductive coating on the substrate deposited by PVD to a thickness of less than 100 nm, in which the cleaning and the deposition are carried out substantially simultaneously. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Reinigen vor dem Abscheiden gestartet wird und das Reinigen während des Abscheidens fortgesetzt wird.The method of claim 1, wherein the cleaning comprises the deposition is started and the cleaning continues during the deposition becomes. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass das Reinigen des Substrates zumindest so lange fortgesetzt wird, bis das Abscheiden beendet wird.The method of claim 1, further comprising the cleaning of the substrate is continued at least for so long until the deposition is finished. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Reinigen beendet wird, nachdem das Abscheiden beendet ist.The method of claim 3, wherein the cleaning ends after the deposition is completed. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung auf eine Dicke von weniger als 80 nm abgeschieden wird.The method of claim 1, wherein the coating is deposited to a thickness of less than 80 nm. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung eine Dicke von 10 bis 20 nm besitzt.The method of claim 1, wherein the coating has a thickness of 10 to 20 nm. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die elektrisch leitende Beschichtung auf eine Beladung von 0,02 bis 0,04 mg/cm2 abgeschieden wird.The method of claim 1, wherein the electrically conductive coating is deposited to a loading of 0.02 to 0.04 mg / cm 2 . Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat aus der Gruppe gewählt ist, die rostfreien Stahl, Aluminium und Titan umfasst.The method of claim 1, wherein the substrate is made of chosen by the group which includes stainless steel, aluminum and titanium. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung ein Edelmetall umfasst.The method of claim 1, wherein the coating a precious metal. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Edelmetall aus der Gruppe gewählt ist, die Ru, Rh, Pd, Ag, Au, Ir, Pt, Os und deren Kombinationen umfasst.The method of claim 9, wherein the noble metal chosen from the group is Ru, Rh, Pd, Ag, Au, Ir, Pt, Os and combinations thereof includes. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung einen Kontaktwiderstand von 1,5 bis 6,5 Milliohm/cm2 besitzt.The method of claim 1, wherein the coating has a contact resistance of 1.5 to 6.5 milliohms / cm 2 . Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung eine korrosionsbeständige Beschichtung umfasst.The method of claim 1, wherein the coating a corrosion resistant Coating includes. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Reinigungsschritt umfasst, dass eine Oxidschicht von dem Substrat entfernt wird.The method of claim 1, wherein the cleaning step comprises removing an oxide layer from the substrate. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung mit einer Rate von 0,10 nm/s abgeschieden wird.The method of claim 1, wherein the coating at a rate of 0.10 nm / sec. Elektrisch leitendes Fluidverteilungselement mit: einem Metallsubstrat; und einer elektrisch leitenden Beschichtung, die auf einer Oberfläche des Substrats, welche rein von Oxiden ist, angeordnet ist, wobei die Beschichtung eine Dicke von weniger als 80 nm aufweist.Electrically conductive fluid distribution element with: one Metal substrate; and an electrically conductive coating, those on a surface of the substrate which is pure of oxides, wherein the coating has a thickness of less than 80 nm. Element nach Anspruch 15, wobei die Beschichtung einer Delaminierung von dem Substrat standhält, wenn ein kathodischer Strom von über 10 mA/cm2 an das Element angelegt wird.The element of claim 15, wherein the coating is delaminated from the substrate withstands when a cathodic current of over 10 mA / cm 2 is applied to the element. Element nach Anspruch 15, wobei die Beschichtung eine Dicke von 10–20 nm besitzt.The element of claim 15, wherein the coating a thickness of 10-20 nm has. Element nach Anspruch 17, wobei die elektrisch leitende Beschichtung eine Beladung von 0,02 bis 0,04 mg/cm2 aufweist.The element of claim 17, wherein the electrically conductive coating has a loading of 0.02 to 0.04 mg / cm 2 . Element nach Anspruch 15, wobei das Substrat aus einer Gruppe gewählt ist, die rostfreien Stahl, Aluminium und Titan umfasst.The element of claim 15, wherein the substrate is made of a group which includes stainless steel, aluminum and titanium. Element nach Anspruch 15, wobei die Beschichtung ein Edelmetall umfasst, das aus der Gruppe gewählt ist, die Ru, Rh, Pd, Ag, Au, Ir, Pt, Os und deren Kombinationen umfasst.The element of claim 15, wherein the coating a noble metal selected from the group consisting of Ru, Rh, Pd, Ag, Au, Ir, Pt, Os and combinations thereof. Element nach Anspruch 15, wobei die Beschichtung einen Kontaktwiderstand von 1,5 bis 6,5 Milliohm/cm2 aufweist.The element of claim 15, wherein the coating has a contact resistance of 1.5 to 6.5 milliohms / cm 2 . Element nach Anspruch 20, wobei das Edelmetall eine Außenlage der Beschichtung bildet, und die Beschichtung ferner eine Zwischenmetallschicht aus einem korrosionsbeständigen Nicht-Edelmetall umfasst, die zwischen dem Substrat und der Außenlage angeordnet ist.The element of claim 20, wherein the noble metal is a backsheet the coating forms, and the coating further comprises an intermediate metal layer a corrosion resistant Non-precious metal is included between the substrate and the outer layer is arranged. Element nach Anspruch 15, wobei das Substrat eine Oberfläche aufweist, die eine Vielzahl von Nuten und Stegen enthält, wobei zumindest die Stege mit der elektrisch leitenden Beschichtung beschichtet sind.The element of claim 15, wherein the substrate is a surface having a plurality of grooves and lands, wherein at least the webs coated with the electrically conductive coating are. Element nach Anspruch 15, wobei die Beschichtung eine glatte Oberfläche aufweist, die durch einen Bereich von Spitzen zu Tälern von weniger als 2,5 Mikrometer gekennzeichnet ist.The element of claim 15, wherein the coating a smooth surface which extends through a range of peaks to valleys of less than 2.5 microns. Brennstoffzelle mit einer Vielzahl elektrisch leitender Fluidverteilungselemente sowie mit einer Vielzahl von Membranelektrodenanordnungen, wobei die Membranelektrodenanordnungen einen Polymerelektrolyten mit einer Anode auf einer Site des Membranelektrolyten und ei ner Kathode auf einer entgegengesetzten Seite des Membranelektrolyten umfassen, und wobei das Element umfasst: ein elektrisch leitendes Polymersubstrat; und eine elektrisch leitende Metallbeschichtung, die auf dem Substrat angeordnet ist, wobei die Beschichtung eine Dicke von weniger als 100 nm besitzt.Fuel cell with a variety of electrically conductive Fluid distribution elements and with a plurality of membrane electrode assemblies, in which the membrane electrode assemblies comprise a polymer electrolyte having a Anode on a site of the membrane electrolyte and egg ner cathode comprise an opposite side of the membrane electrolyte, and wherein the element comprises: an electrically conductive Polymer substrate; and an electrically conductive metal coating, which is arranged on the substrate, the coating has a thickness of less than 100 nm. Brennstoffzelle nach Anspruch 25, wobei das Polymersubstrat ein Verbundstoff ist, der ein Polymer und einen leitenden Füllstoff, der in dem Polymer verteilt ist, umfasst.A fuel cell according to claim 25, wherein the polymer substrate a composite comprising a polymer and a conductive filler, which is distributed in the polymer comprises. Brennstoffzelle nach Anspruch 26, wobei der leitende Füllstoff aus der Gruppe gewählt ist, die Kohlefasern, Graphitfasern, nickelbeschichtete Graphitfasern, Fasern aus rostfreiem Stahl und deren Kombinationen umfasst.The fuel cell of claim 26, wherein the conductive filler chosen from the group is the carbon fibers, graphite fibers, nickel-coated graphite fibers, Includes stainless steel fibers and combinations thereof. Brennstoffzelle nach Anspruch 26, wobei das Polymer aus der Gruppe gewählt ist, die umfasst: Silikon, Polyisobutylen, Epoxid bzw. Epoxidharz, Vinylester, Phenol bzw. Phenolharz, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Nylon, gummimodifiziertes Polypropylen und deren Mischungen.A fuel cell according to claim 26, wherein the polymer chosen from the group which comprises: silicone, polyisobutylene, epoxy or epoxy resin, Vinyl ester, phenol or phenolic resin, polypropylene, polytetrafluoroethylene, Nylon, rubber-modified polypropylene and their blends. Brennstoffzelle nach Anspruch 25, wobei die Beschichtung ein Edelmetall umfasst, das aus der Gruppe gewählt ist, die Ru, Rh, Pd, Au, Ag, Ir, Pt, Os und deren Kombinationen umfasst.A fuel cell according to claim 25, wherein the coating a noble metal selected from the group consisting of Ru, Rh, Pd, Au, Ag, Ir, Pt, Os and combinations thereof. Brennstoffzelle mit einer Vielzahl elektrisch leitender Fluidverteilungselemente sowie mit einer Vielzahl von Membranelektrodenanordnungen, wobei die Membranelektrodenanordnungen einen Polymerelektrolyten mit einer Anode auf einer Seite des Membranelektrolyten und einer Kathode auf einer entgegengesetzten Seite des Membranelektrolyten umfassen, und wobei das Element umfasst: einen leitenden Schaum mit Außenflächen, welche rein von Oxiden sind, und mit internen Öffnungen, die Durchgänge durch den Schaum zur Fluidverteilung bilden; und eine elektrisch leitende Metallbeschichtung an den Außenflächen und optional an den Innenflächen; wobei die Beschichtung eine Dicke von weniger als 100 nm aufweist.Fuel cell with a variety of electrically conductive Fluid distribution elements and with a plurality of membrane electrode assemblies, in which the membrane electrode assemblies comprise a polymer electrolyte having a Anode on one side of the membrane electrolyte and a cathode on an opposite side of the membrane electrolyte, and wherein the element comprises: a conductive foam with outer surfaces, which are pure of oxides, and with internal openings that pass through form the foam for fluid distribution; and an electric one conductive metal coating on the outer surfaces and optionally on the inner surfaces; in which the coating has a thickness of less than 100 nm. Brennstoffzelle nach Anspruch 30, wobei die Beschichtung ein Edelmetall umfasst, das aus der Gruppe gewählt ist, die Ru, Rh, Pd, Ag, Au, Ir, Pt, Os und deren Kombinationen umfasst.A fuel cell according to claim 30, wherein the coating a noble metal selected from the group consisting of Ru, Rh, Pd, Ag, Au, Ir, Pt, Os and combinations thereof. Brennstoffzelle nach Anspruch 30, wobei der Schaum aus der Gruppe gewählt ist, die rostfreien Stahl, Nickel, Aluminium, Titan und Kohlenstoff umfasst.A fuel cell according to claim 30, wherein the foam chosen from the group is, the stainless steel, nickel, aluminum, titanium and carbon includes. Brennstoffzelle mit einer Vielzahl elektrisch leitender Fluidverteilungselemente nach Anspruch 15; und einer Vielzahl von Membranelektrodenanordnungen, wobei die Membranelektrodenanordnungen einen Polymerelektrolyt mit einer Anode auf einer Seite des Membranelektrolyten und einer Kathode auf einer entgegengesetzten Seite des Membranelektrolyten umfassen.Fuel cell with a variety of electrically conductive Fluid distribution elements according to claim 15; and a variety of Membrane electrode assemblies, wherein the membrane electrode assemblies a Polymer electrolyte with an anode on one side of the membrane electrolyte and a cathode on an opposite side of the membrane electrolyte include.
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